ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΟ ΦΩΣ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΟ ΦΩΣ

ΦΥΣΙΚΗ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΟ ΦΩΣ

Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα

Η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

Η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Από τα αρχαία χρόνια οι φιλόσοφοι προσπαθούσαν να κατανοήσουν και να ερμηνεύσουν τη φύση του φωτός.Στις μυθολογίες των αρχαίων λαών το φως και το σκοτάδι θεωρούνται βασικά συστατικά των σωμάτων.Για τους αρχαίους Έλληνες ο Απόλλωνας ήταν ο θεός του φωτός.

Για τους αρχαίους Έλληνες ο Απόλλωνας ήταν ο θεός του φωτός  

  Η φύση του φωτός κατά την αρχαιότητα δεν ήταν γνωστή. Οι άνθρωποι γνώριζαν ότι προέρχεται από τον Ήλιο. Ήξεραν ότι τα φυτά μαραζώνουν χωρίς το φως του ήλιου.Το φως είναι μια βασική αιτία της ύπαρξης ζωής στον πλανήτη μας.Το φως είναι αυτό που κάνει ορατά τα αντικείμενα που βρίσκονται στον πλανήτη μας.

Ο Αριστοτέλης αναφέρει: Ο Εμπεδοκλής … έλεγε ότι το φως, όντας κάτι το σωματιδιακό, που απορρέει από το φωτίζον σώμα, φθάνει πρώτα στο μεταξύ της Γης και τον ουρανού χώρο και ύστερα σε μας. Μας διαφεύγει όμως η κίνηση τον αυτή λόγω της ταχύτητάς του.

   Το φως ήταν και είναι μια βασική αιτία της ύπαρξης ζωής στον πλανήτη μας. Ας μην ξεχνάμε ότι τα φυτά, με τη φωτοσύνθεση, μετατρέπουν την ενέργεια που παρέχει το φως του Ήλιου σε χημική ενέργεια, την οποία χρησιμοποιούν στη συνέχεια για την ανάπτυξή τους. Το φως είναι αυτό που κάνει ορατά τα αντικείμενα που βρίσκονται στον πλανήτη μας, τη Γη, και στο Σύμπαν. Με τη βοήθεια του φωτός «επικοινωνούμε» με τα άστρα και τους πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος αντλώντας χιλιάδες πληροφορίες για τη σύστασή τους (φασματοσκοπική μέθοδος).

Ο Σερ Ισαάκ Νεύτων (Αγγλ. Sir Isaac Newton Σερ Άιζακ Νιούτον, 4 Ιανουαρίου 1643 – 31 Μαρτίου 1727) ήταν Άγγλος φυσικός, μαθηματικός, αστρονόμος, φιλόσοφος, αλχημιστής και θεολόγος. Θεωρείται πατέρας της Κλασικής Φυσικής, καθώς ξεκινώντας από τις παρατηρήσεις του Γαλιλαίου αλλά και τους νόμους του Κέπλερ για την κίνηση των πλανητών διατύπωσε τους τρεις μνημειώδεις νόμους της κίνησης και τον περισπούδαστο «νόμο της βαρύτητας» (που ο θρύλος αναφέρει πως αναζήτησε μετά από πτώση μήλου από μια μηλιά). Μεγάλης ιστορικής σημασίας υπήρξαν ακόμη οι μελέτες του σχετικά με τη φύση του φωτός καθώς επίσης και η καθοριστική συμβολή του στη θεμελίωση των σύγχρονων μαθηματικών και συγκεκριμένα του διαφορικού και ολοκληρωτικού λογισμού

 Δύο σημαντικά φαινόμενα, η περίθλαση και η συμβολή του φωτός, απασχόλησαν τους φυσικούς Christian Huygens (Κρίστιαν Χόυχενς, 1629-1695) και Tomas Young (Τόμας Γιανγκ, 1773-1829) το 1670 και 1803 αντίστοιχα. Οι Huygens και Young, μέσα από πειραματικές διαδικασίες πάνω στα φαινόμενα αυτά, απέδειξαν ότι το φως έχει κυματική φύση και συγκεκριμένα ότι είναι εγκάρσια κύματα.

Μεγάλης ιστορικής σημασίας υπήρξαν οι μελέτες του Νεύτωνα σχετικά με τη φύση του φωτός

  Το αποκορύφωμα της έρευνας για τη φύση του φωτός ήρθε το 1865, όταν ο Maxwell (Μάξγουελ), αναπτύσσοντας τη μεγαλειώδη θεωρία του, απέδειξε ότι το φως είναι εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα.

   Συνεχίζοντας την ιστορική αναδρομή συναντάμε στις αρχές του 20ού αιώνα το Max Planck (Μαξ Πλανκ, 1858-1947), ο οποίος χρησιμοποίησε τη σωματιδιακή φύση του φωτός, για να ερμηνεύσει την ακτινοβολία που εκπέμπουν τα θερμά σώματα.

 Στην πιο σύγχρονη εποχή ο Einstein (Αϊνστάιν) χρησιμοποιώντας τη σωματιδιακή φύση του φωτός ερμηνεύει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο (εκπομπή ηλεκτρονίων από μέταλλα, όταν πάνω σ' αυτά προσπίπτει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία).

 Σήμερα πιστεύουμε στη διπλή φύση του φωτός, δηλαδή ότι το φως συμπεριφέρεται ως κύμα και ως σωματίδιο που ονομάζεται φωτόνιο. Σε φαινόμενα όπως η συμβολή, η περίθλαση και η πόλωση εκδηλώνεται η κυματική φύση του φωτός (ηλεκτρομαγνητικό κύμα), ενώ σε φαινόμενα που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση του φωτός με την ύλη (απορρόφηση - εκπομπή), όπως το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, εκδηλώνεται η σωματιδιακή φύση του φωτός.

Η ερώτηση λοιπόν «τι είναι το φως, σωματίδιο ή κύμα;» είναι εσφαλμένη, γιατί τo φως συμπεριφέρεται ως κύμα και ως σωματίδιο.

 Σήμερα το φως έχει πολλές εφαρμογές στην τεχνολογία.Βοηθάει τους χειρούργους να κάνουν λεπτές επεμβάσεις και τους μηχανικούς στα έργα τους,επίσης με το φως μπορούμε να μετρήσουμε με πολύ μεγάλη ακρίβεια μεγάλες αποστάσεις.

ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ

ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ

ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Αν στην πορεία των ηλιακών ακτίνων που μπαίνουν στην αίθουσα μας, τοποθετήσουμε μία λεία και γυαλιστερή επίπεδη επιφάνεια,θα παρατηρήσουμε στον απέναντι σκιερό τοίχο μία φωτεινή κηλίδα.Αυτό συμβαίνει γιατί οι ηλιακές ακτίνες αλλάζουν πορεία διαδόσεως, όταν συναντούν τη γυαλιστερή επιφάνεια.

Όταν μια ακτίνα φωτός η οποία διαδίδεται σε ένα οπτικό μέσο προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια του μέσου με ένα δεύτερο μέσο,τότε ένα μέρος της ακτινοβολίας επιστρέφει στο αρχικό μέσο

  Όταν μια ακτίνα φωτός η οποία διαδίδεται σε ένα οπτικό μέσο προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια του μέσου με ένα δεύτερο μέσο,τότε ένα μέρος της ακτινοβολίας επιστρέφει στο αρχικό μέσο.

Ακτίνες φωτός προσπίπτουν στην διαχωριστική επιφάνεια

  Το φαινόμενο αυτό καλείται ανάκλαση του φωτός και η λεία και γυαλιστερή επιφάνεια κάτοπτρο ή καθρέφτης.

ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

   Στα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος αντίκρισε πρώτη φορά το πρόσωπό του στην ήρεμη επιφάνεια του νερού.Οι πρώτοι καθρέφτες κατασκευάστηκαν από  κομμάτια από λειασμένο λίθο,όπως ο οψιανός, ένα φυσικό ηφαιστειακό γυαλί.Παραδείγματα των κατόπτρων οψιανού βρέθηκαν στην Ανατολία (σύγχρονη Τουρκία) και έχουν χρονολογηθεί γύρω στο 6000 π.Χ.

Στα αρχαία χρόνια ο άνθρωπος αντίκρισε πρώτη φορά το πρόσωπό του στην ήρεμη επιφάνεια του νερού

  Καθρέφτες από πέτρα βρέθηκαν στην Κεντρική και Νότια Αμερική γύρω στο 2000 π.Χ.. Καθρέφτες από χαλκό φτιάχτηκαν στη Μεσοποταμία από το 4000 π.Χ. και στην αρχαία Αίγυπτο γύρω στο 3000 π.Χ.. Στην Κίνα, χάλκινα κάτοπτρα έχουν κατασκευαστεί από το 2000 π.Χ..Καθρέπτες από άλλα μείγματα μετάλλων (κράματα) όπως από το χαλκό και το κασσίτερο μπορεί επίσης να είχαν κατασκευαστεί στην Κίνα και την Ινδία.

Αρχαίοι καθρέπτες 

 Καθρέφτες από γυαλί, λέγεται ότι είχαν εφευρεθεί στην Σιδώνα (σημερινό Λίβανο) κατά το πρώτο αιώνα μ.Χ..Ήταν καθρέφτες από γυαλί που υποστηρίζεται με φύλλο χρυσού και αναφέρονται από τον Ρωμαίο συγγραφέα Πλίνιο περίπου το 77 μ.Χ..Οι Ρωμαίοι επίσης είχαν αναπτύξει μια τεχνική για τη δημιουργία του καθρέφτη με επίστρωση γυαλί με λιωμένο μόλυβδο.

 Ο Πτολεμαίος πραγματοποίησε μια σειρά πειραμάτων με τους καθρέφτες σιδήρου.Μέχρι το 11ο αιώνα,καθρέφτες από γυαλί είχαν παραχθεί στην μαυριτανική Ισπανία.

Ένας καθρέφτης από την Κίνα το 500 μ.Χ.

  Στην Κίνα, ο κόσμος άρχισε να κάνει καθρέφτες με τη χρήση του υδραργύρου ήδη από το 500 μ.Χ..Κατά τη διάρκεια της Αναγέννησης,οι ευρωπαίοι κατασκευαστές τελειοποίησαν μια μέθοδος επίστρωσης γυαλιού με ένα κράμα κασσίτερου-υδράργυρου.Τον 16ο αιώνα, η Βενετία, μια πόλη φημισμένη για το γυαλί , έγινε κέντρο παραγωγής του καθρέφτη.Οι καθρέφτες από γυαλί την περίοδο αυτή ήταν είδη πολυτελείας.

Ο εφευρέτης του καθρέφτη από ασημί και γυαλί είναι ο Γερμανός χημικός Justus von Liebig 

  Ο εφευρέτης του καθρέφτη από ασημί και γυαλί είναι ο Γερμανός χημικός Justus von Liebig το 1835.Η  διαδικασία που ακολούθησε για την κατασκευή του καθρέφτη ήταν η απόθεση ενός λεπτού στρώματος από μεταλλικό ασημί πάνω σε γυαλί με τη χημική αναγωγή του νιτρικού αργύρου.Έτσι αυτή η εφεύρεση οδήγησε στις προσιτές τιμές στους καθρέφτες.Σήμερα, οι καθρέφτες συχνά παράγονται από την εναπόθεση κενού από αλουμίνιο απευθείας πάνω στο υπόστρωμα γυαλιού.

Η ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

   Θεωρούμε μία δέσμη παραλλήλων ακτίνων φωτός που προσπίπτει σε λεία ανακλαστική επιφάνεια,δηλαδή οι ανωμαλίες της επιφάνειας έχουν μέγεθος πολύ μικρότερο σε σχέση με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας.Στην περίπτωση αυτή οι ακτίνες επιστρέφουν στο αρχικό μέσο διάδοσης παραμένοντας παράλληλες.

Οι προσπίπτουσες παράλληλες ακτίνες παραμένουν παράλληλες και μετά την ανάκλαση

  Εάν η ανακλώμενη επιφάνεια είναι πολύ λεία, η αντανάκλαση του φωτός που εμφανίζεται λέγεται κατοπτρική ανάκλαση ή απλώς ανάκλαση.

Εάν η ανακλώμενη επιφάνεια είναι πολύ λεία, η αντανάκλαση του φωτός που εμφανίζεται λέγεται κατοπτρική ανάκλαση

  Ανάκλαση του φωτός ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο το φως αλλάζει πορεία,όταν προσπίπτει πάνω σε μία λεία και γυαλιστερή επιφάνεια.

Ανάκλαση του φωτός ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο το φως αλλάζει πορεία,όταν προσπίπτει πάνω σε μία λεία και γυαλιστερή επιφάνεια

 Εάν η επιφάνεια πάνω στην οποία προσπίπτει η δέσμη έχει ανωμαλίες, οι ακτίνες που την αποτελούν ανακλώνται σε διάφορες διευθύνσεις και σκορπίζουν στο γύρω χώρο.Η ανάκλαση αυτή, στην οποία οι ανακλώμενες ακτίνες δεν είναι πια παράλληλες, ονομάζεται διάχυση.

Κατοπτρική ανάκλαση και διάχυση

 Η ακτίνα ΠΟ στο παραπάνω σχήμα που πέφτει στο κάτοπτρο λέγεται προσπίπτουσα ακτίνα,ενώ η ακτίνα ΑΟ λέγεται ανακλώμενη ακτίνα.
 Αν φέρουμε την Ox κάθετη πάνω στο επίπεδο κάτοπτρο,θα σχηματιστούν δύο γωνίες,η γωνία πρόσπτωσης θα και γωνία ανάκλασης θr.

Η ακτίνα ΠΟ στο παραπάνω σχήμα που πέφτει στο κάτοπτρο λέγεται προσπίπτουσα ακτίνα ,ενώ η ακτίνα ΑΟ λέγεται ανακλώμενη ακτίνα

  Γωνία πρόσπτωσης θα ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από την προσπίπτουσα στον καθρέφτη ακτίνα και από την κάθετη στον καθρέφτη στο σημείο πρόσπτωσης. 

Γωνία πρόσπτωσης και γωνία ανάκλασης

  Γωνία ανάκλασης θr ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από την ανακλώμενη από  τον καθρέφτη ακτίνα και από την κάθετη  στον καθρέφτη στο σημείο πρόσπτωσης. 

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

  Με την πειραματική διάταξη που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα μπορούμε να μελετήσουμε την ανάκλαση του φωτός.

Διάταξη για την πειραματική μελέτη της διάθλασης του φωτός

  Για τι σκοπό αυτό τοποθετούμε ένα μικρό επίπεδο κάτοπτρο στο κέντρο του γωνιομετρικού δίσκου και με τη βοήθεια ενός προβολέα στέλνουμε μια λεπτή παράλληλη δέσμη φωτός στο κάτοπτρο.Μετράμε την γωνία πρόσπτωσης και την γωνία ανάκλασης και βλέπουμε ότι είναι ίσες.

Η προσπίπτουσα και η ανακλώμενη ακτίνα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με την επιφάνεια του γωνιομετρικού δίσκου,η οποία είναι κάθετη στην ανακλαστική επιφάνεια του κατόπτρου

  Από το ίδιο πείραμα προκύπτει επίσης ότι η προσπίπτουσα και η ανακλώμενη ακτίνα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο με την επιφάνεια του γωνιομετρικού δίσκου,η οποία είναι κάθετη στην ανακλαστική επιφάνεια του κατόπτρου. 

ΝΟΜΟΙ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ

  Από το παραπάνω πείραμα προκύπτουν οι εξής νόμοι της ανάκλασης του φωτός:
α) Η προσπίπτουσα ακτίνα,η ανακλώμενη και η κάθετη στην επιφάνεια στο σημείο πρόσπτωσης,βρίσκονται στο ίδιο  επίπεδο.

Η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με τη γωνία ανάκλασης 

β) Η  γωνία ανάκλασης  είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης.

                                         γωνία πρόσπτωσης= γωνία ανάκλασης

                                                                       θr=θα

ΔΙΑΧΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

  Αν στην πορεία των ηλιακών ακτίνων θέσουμε μία τροχιά και ανώμαλη επιφάνεια(π.χ. ένα χαρτί),θα παρατηρήσουμε ότι το φως,που πέφτει πάνω της,διασκορπίζεται στο γύρω χώρο,δηλαδή διευθύνεται ακανόνιστα προς όλες τις κατευθύνσεις,με αποτέλεσμα να γίνεται το χαρτί από παντού.

Διάχυση του φωτός

   Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διάχυση του φωτός.
 Η Διάχυση του φωτός είναι ειδική περίπτωση του φαινομένου της ανάκλασης που παρατηρείται όταν φωτεινά κύματα κατά τη πρόσπτωσή τους σε σώματα με ακανόνιστες επιφάνειες ανακλώνται προς διάφορες κατευθύνσεις.

Αν στην πορεία των ηλιακών ακτίνων θέσουμε μία τροχιά και ανώμαλη επιφάνεια θα παρατηρήσουμε ότι το φως,που πέφτει πάνω της,διασκορπίζεται στο γύρω χώρο

 Το φαινόμενο αυτό οφείλεται στην ύπαρξη ενός εξαιρετικά μεγάλου αριθμού λείων μικροσκοπικών επιφανειών που απαρτίζουν τις ακανόνιστες ή τραχιές επιφάνειες των σωμάτων.

Η Διάχυση του φωτός είναι ειδική περίπτωση του φαινομένου της ανάκλασης που παρατηρείται όταν φωτεινά κύματα κατά τη πρόσπτωσή τους σε σώματα με ακανόνιστες επιφάνειες ανακλώνται προς διάφορες κατευθύνσεις

  Έτσι η ανάκλαση από τις μικροσκοπικές αυτές επιφάνειες παρουσιάζεται και αυτή ακανόνιστη με συνέπεια το φως να διαχέεται και να ονομάζεται διάχυτο φως.

Το φαινόμενο της διάχυσης οφείλεται στην ύπαρξη ενός εξαιρετικά μεγάλου αριθμού λείων μικροσκοπικών επιφανειών που απαρτίζουν τις ακανόνιστες ή τραχιές επιφάνειες των σωμάτων

  Η διάχυση είναι η αιτία που φωτιζόμαστε μέσα στην αίθουσα του σχολείου.Αν δεν υπήρχε η διάχυση του φωτός στα μόρια του αέρα και σε άλλα σωματίδια της ατμόσφαιρας,θα βλέπαμε μόνο τα σώματα εκείνα στα οποία το φως θα έπεφτε απευθείας από τη φωτεινή πηγή.Όλα τα άλλα σώματα δε θα τα βλέπαμε.Η διάχυση του φωτός είναι μηδενική για τελείως μαύρες επιφάνειες καθώς και για τις απόλυτα λείες και στιλπνές (π.χ. κάτοπτρα).

H ανάκλαση από τις μικροσκοπικές επιφάνειες παρουσιάζεται και αυτή ακανόνιστη με συνέπεια το φως να διαχέεται και να ονομάζεται διάχυτο φως

  Στη Σελήνη,που δεν υπάρχει ατμόσφαιρα και δε γίνεται διάχυση,όσα σώματα δε φωτίζονται απευθείας από τον Ήλιο ή άλλη φωτεινή πηγή,είναι σκοτεινά,αόρατα.Εκεί η μετάβαση από το φως στο σκοτάδι γίνεται πολύ απότομα.

Στο φαινόμενο της διάχυσης του φωτός οφείλονται τα φαινόμενα του λυκαυγούς 

 Το φαινόμενο αυτό της διάχυσης του φωτός έχει μεγάλη εφαρμογή στη Χημεία ειδικά των πολυμερών ουσιών προκειμένου να προσδιορισθεί το μέσο μοριακό βάρος των μορίων τους.Όταν μια μονοχρωματική ακτίνα προσπέσει σε διάλυμα πολυμερούς ένωσης τότε ένα μέρος της διαχέεται.        

Το Λυκόφως αποτελεί ουράνιο φαινόμενο που οφείλεται στην ύπαρξη της ατμόσφαιρας, περισσότερο στη διάχυση φωτός και λιγότερο στη γήινη διάθλαση του φωτός που συμβαίνουν σ΄ αυτήν

   Βέβαια η τεχνική αυτή δεν έχει σήμερα την άλλοτε ευρύτητα εφαρμογής της, παρ΄ όλα αυτά όμως ακολουθείται περιορισμένα.Στο φαινόμενο της διάχυσης του φωτός οφείλονται τα φαινόμενα του λυκαυγές και του λυκόφωτος

Η ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ.ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΤΟΥ MAXWELL

  Η πιο σημαντική εξέλιξη του 19ου αιώνα στη μελέτη παραγωγής και διάδοσης του φωτός υπήρξε το έργο του Maxwell, ο οποίος το 1873 διατύπωσε τη θεωρία της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, το φως είναι εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα οποία ξεκινούν από τη φωτεινή πηγή και διαδίδονται προς όλες τις κατευθύνσεις.

Σφαιρικά μέτωπα κύματος διαδίδονται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις ξεκινώντας από μία πηγή φωτός

  Ο Maxwell απέδειξε ότι, όταν ένα ηλεκτρικό φορτίο ταλαντώνεται, παράγει ηλεκτρομαγνητικό κύμα. Το ηλεκτρομαγνητικό κύμα αποτελείται από ένα ηλεκτρικό και ένα μαγνητικό κύμα. Δηλαδή είναι ένα πεδίο με δύο χαρακτηριστικά, την ένταση ε του ηλεκτρικού πεδίου και την ένταση Β του μαγνητικού πεδίου, των οποίων τα διανύσματα είναι κάθετα μεταξύ τους και μεταβάλλονται από θέση σε θέση και από στιγμή σε στιγμή. Γι' αυτό το λόγο χαρακτηρίζονται ως δύο τοπικά και χρονικά μεταβαλλόμενα μεγέθη(ε και Β). Οι εντάσεις των πεδίων ε και Β παίρνουν ταυτόχρονα τη μέγιστη και ελάχιστη τιμή, δηλαδή έχουν την ίδια φάση και διαδίδονται με την ίδια ταχύτητα c.

Στιγμιότυπο ηλεκτρομαγνητικού κύματος μακριά από την πηγή, που διαδίδεται οριζόντια. Οι εντάσεις Ɛ και Β των πεδίων είναι κάθετες στη διεύθυνση διάδοσης του κύματος και γι' αυτό τα κύματα αυτά ονομάζονται εγκάρσια

  Οι συνηθισμένες πηγές ορατού φωτός δίνουν τέτοιες συχνότητες (ή μήκη κύματος) ηλεκτρομαγνητικοί κυμάτων, ώστε να γίνονται αντιληπτά από το μάτι. Το μήκος κύματος των κυμάτων αυτών κυμαίνεται από 400nm έως και 700nm περίπου.

  Επίσης εύκολα διαπιστώνουμε ότι το φως μεταφέρει ενέργεια (π.χ. ένα οποιοδήποτε σώμα, όταν εκτεθεί σε ηλιακή ακτινοβολία,θερμαίνεται). Η ενέργεια αυτή είναι ενέργεια ηλεκτρικού και ενέργεια μαγνητικού πεδίου, η οποία παράγεται από τις πηγές και μεταφέρεται ως ηλεκτρομαγνητικό κύμα.

Ο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ (James Clerk Maxwell) ήταν Σκωτσέζος φυσικός. Γεννήθηκε στο Εδιμβούργο στις 13 Ιουνίου 1831 και πέθανε στο Καίμπριτζ στις 5 Νοεμβρίου 1879

  Την ορθότητα της θεωρίας του Maxwell απέδειξε πειραματικά ο Hertz (Χερτς) το 1887, ο οποίος παρήγαγε, μέσω ταχέων ηλεκτρικών ταλαντώσεων, κύματα της ίδιας φύσης με αυτήν του φωτός αλλά με μικρότερη συχνότητα.

Ο Χάινριχ Ρούντολφ Χερτς ή Χερτζ, (Heinrich Rudolf Hertz), (22 Φεβρουαρίου 1857 - 1894) ήταν Γερμανός φυσικός, ο πρώτος που πέτυχε την εκπομπή, μετάδοση και λήψη ραδιοκυμάτων. Γόνος ευκατάστατης μεγαλοαστικής οικογένειας του Αμβούργου. Γνώριζε πολλές ξένες γλώσσες μεταξύ των οποίων και αραβικά. Διάβαζε τον Όμηρο στο πρωτότυπο. Μαθητής και βοηθός του Helmholtz διακρίθηκε για την φοβερή πειραματική του επιδεξιότητα. Προσπάθησε ίσως περισσότερο από οποιονδήποτε άλλο να επιβεβαιώσει πειραματικά την ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell και τα κατάφερε. Πέθανε σε ηλικία τριανταέξι ετών, θύμα της "ζήλιας των θεών", όπως είπε ο Helmholtz όταν έμαθε για το θάνατό του

  Η ταχύτητα διάδοσης του ηλεκτρομαγνητικού κύματος (c), η συχνότητα (f) και το μήκος κύματος (λ) συνδέονται με τη σχέση c=λ ·f  η οποία ονομάζεται θεμελιώδης εξίσωση της κυματικής.

                c=λ ·f       Θεμελιώδης εξίσωση της κυματικής 

Η ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ.ΘΕΩΡΙΑ ΤΩΝ ΚΒΑΝΤΑ

  Παρ' όλο που η κλασική θεωρία (αυτή που αναπτύχθηκε πριν από το 1922) του ηλεκτρομαγνητισμού ερμήνευσε ορισμένα φαινόμενα του φωτός, όπως η συμβολή, η περίθλαση, η πόλωση κ.ά., δεν κατόρθωσε να ερμηνεύσει κάποια άλλα φαινόμενα που σχετίζονται με την αλληλεπίδραση της φωτεινής ακτινοβολίας με την ύλη.

  Πολλά πειραματικά δεδομένα δεν μπορούσαν να ερμηνευτούν με την παραδοχή ότι το φως είναι μόνο κύμα. Το πιο σημαντικό από τα πειράματα αυτά ήταν εκείνο της μελέτης του φωτοηλεκτρικού φαινομένου. Για την ερμηνεία της εκπομπής και της απορρόφησης του φωτός δεν αρκούσαν μόνο κάποιες επεκτάσεις της κλασικής θεωρίας. Στην πραγματικότητα χρειάστηκε κάτι πιο ριζικό από μια απλή επέκταση.

  Το 1900 ο Planck, για να ερμηνεύσει την ακτινοβολία που παράγει ένα θερμαινόμενο σώμα, εισήγαγε τη θεωρία των κβάντα φωτός, την οποία εφάρμοσε αργότερα ο Einstein, για να ερμηνεύσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο.

Ο Μαξ Πλανκ (Max Karl Ernst Ludwig Planck) ήταν Γερμανός φυσικός και κάτοχος Βραβείου Νόμπελ Φυσικής. Γεννήθηκε στις 23 Απριλίου 1858 στοΚίελο της Γερμανίας και πέθανε στις 4 Οκτωβρίου 1947 στο Γκέτινγκεν. Θεωρείται ως ο πατέρας της Κβαντικής Θεωρίας.

   Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία του Planck, το φως (και γενικότερα κάθε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία) εκπέμπεται και απορροφάται από τα άτομα της ύλης όχι κατά συνεχή τρόπο αλλά ασυνεχώς. Δηλαδή κάθε άτομο εκπέμπει ή απορροφά στοιχειώδη ποσά ενέργειας, που ονομάζονται κβάντα φωτός ή φωτόνια. Από το άτομο λοιπόν δεν εκπέμπονται συνεχώς κύματα αλλά φωτόνια, καθένα από τα οποία χαρακτηρίζεται από συγκεκριμένη συχνότητα και έχει συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας Ε.

  Όταν το φως προσπίπτει πάνω στην ύλη, τα άτομα της ύλης απορροφούν την ακτινοβολία ασυνεχώς, που σημαίνει ότι κάθε άτομο απορροφά μεμονωμένα φωτόνια. Κάθε φωτόνιο μιας ακτινοβολίας έχει ενέργεια που δίνεται από τη σχέση E=h·f 

                       E=h·f       Ένέργεια φωτονίου 

  To h είναι μια σταθερά, που ονομάζεται σταθερά του Planck, και έχει τιμή h=6,63·10^-34· J · s και f η συχνότητα.

  Όταν προσπίπτει φως πάνω στα μέταλλα, τότε μεταφέρεται ενέργεια από ένα φωτόνιο σε ένα από τα ηλεκτρόνια του ατόμου του μετάλλου. Δηλαδή το ηλεκτρόνιο αλληλεπιδρά με ένα από τα φωτόνια του φωτός σαν να είναι το φωτόνιο σωματίδιο.

Με τον όρο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο περιγράφουμε την εκπομπή ηλεκτρονίων από την επιφάνεια των μετάλλων, όταν προσπίπτει πάνω τους κατάλληλη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, ορατή ή υπεριώδης, κτλ.

Ο όρος κβάντα προέρχεται από τη λατινική λέξηquantum = ποσό.

Όταν μια ποσότητα είναι κβαντωμένη, σημαίνει ότι παίρνει μόνο διακριτές (ορισμένες) τιμές, δηλαδή το σύνολο τιμών δεν είναι συνεχές. Ac θυμηθούμε το ηλεκτρικό φορτίο. Αυτό είναι κβαντωμένο, διότι δεν παίρνει οποιεσδήποτε τιμές, αλλά μόνο ακέραια πολλαπλάσια της τιμής τον φορτίου ή ηλεκτρονίου: 1,6×10^-19C.

  
  Η θεωρία των κβάντα δεν αναιρεί την κυματική φύση του φωτός. Το φωτόνιο έχει και κυματικές ιδιότητες, για παράδειγμα η ενέργειά του εξαρτάται από τη συχνότητα του, που είναι κατ' εξοχήν κυματική ιδιότητα.

ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Σ'ένα ποτήρι με αρκετό νερό βυθίζουμε πλάγια το μολύβι μας.Παρατηρούμε ότι το μολύβι φαίνεται σπασμένο στο σημείο που βυθίζεται στο νερό,δηλαδή το βυθισμένο μολύβι φαίνεται να λυγίζει στην επιφάνεια του νερού.

Το μολύβι φαίνεται σπασμένο στο σημείο που βυθίζεται στο νερό

 Επίσης στη θάλασσα βλέπουμε τα ψάρια ψηλότερα από την πραγματική τους θέση.Η θάλασσα ή η πισίνα φαίνονται πιο ρηχές απ’ όσο είναι στην πραγματικότητα.

Η φαινομενική ανύψωση των αντικειμένων

 Τα φαινόμενα αυτά οφείλονται στη διάθλαση του φωτός.
 Για να περιγράψουμε φαινόμενα όπως τα παραπάνω θα μελετήσουμε πώς διαδίδεται μια λεπτή δέσμη φωτός όταν περνά από ένα διαφανές σώμα σε άλλο,για παράδειγμα από τον αέρα στο νερό ή στο γυαλί.

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΓΙΑ ΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

 Για να μελετήσουμε το φαινόμενο της διάθλασης,χρησιμοποιούμε τη ίδια διάταξη που χρησιμοποιήσαμε για τη μελέτη της ανάκλασης,όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Διάταξη για την πειραματική μελέτη της διάθλασης του φωτός

 Στο κέντρο του γωνιομετρικού κύκλου τοποθετούμε ένα γυάλινο ημικύλινδρο και αφήνουμε μια λεπτή μονοχρωματική δέσμη φωτός να πέσει πλάγια στην επίπεδη επιφάνεια του.

Στο γυαλί το φως κάμπτεται περισσότερο απ’ ότι στο νερό

 Παρατηρούμε τότε,εκτός από την ανάκλαση,ότι οι φωτεινές ακτίνες που εισέρχονται στο γυάλινο ημικύλινδρο δεν συνεχίζουν την ευθύγραμμη πορεία τους,αλλά λυγίζουν και πλησιάζουν την κάθετο στο σημείο πρόσπτωσης.Το φαινόμενο αυτό λέγεται διάθλαση του φωτός.

ΕΝΝΟΙΑ ΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

 Όταν μια ακτίνα φωτός,η οποία διαδίδεται σε οπτικό μέσο,προσπίπτει στη διαχωριστική επιφάνεια που χωρίζει το υλικό αυτό από ένα άλλο.εντός του οποίου διαδίδεται με διαφορετική ταχύτητα,τότε μέρος του αρχικού φωτός ανακλάται και το υπόλοιπο διέρχεται στο δεύτερο οπτικό μέσο αλλάζοντας διεύθυνση.

Ανάκλαση και διάθλαση φωτεινής μονοχρωματικής δέσμης κατά τη μετάβαση από ένα διαφανές μέσο σε άλλο

 Προσπίπτουσα ακτίνα ονομάζεται η φωτεινή ακτίνα,που πέφτει στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο διαφανών μέσων.
 Διαθλώμενη ακτίνα ονομάζεται η εισερχόμενη στο δεύτερο μέσο δέσμη που διαδίδεται με διαφορετική ταχύτητα σε σχέση με την προσπίπτουσα ακτίνα και εκτρέπεται από την αρχική διεύθυνση της. 

Διαθλώμενη ακτίνα ονομάζεται η εισερχόμενη στο δεύτερο μέσο δέσμη που διαδίδεται με διαφορετική ταχύτητα σε σχέση με την προσπίπτουσα ακτίνα και εκτρέπεται από την αρχική διεύθυνση της

 Το φαινόμενο το οποίο μελετήσαμε λέγεται διάθλαση του φωτός. 
 Διάθλαση του φωτός ονομάζεται η αλλαγή πορείας που παθαίνει το φως,όταν περνά από ένα διαφανές μέσο σε άλλο διαφανές μέσο,οπτικά διαφορετικό από το πρώτο.

Διάθλαση του φωτός ονομάζεται η αλλαγή πορείας που παθαίνει το φως,όταν περνά από ένα διαφανές μέσο σε άλλο διαφανές μέσο,οπτικά διαφορετικό από το πρώτο

 Η γωνία που σχηματίζει η διαθλώμενη ακτίνα με την κάθετη στην επιφάνεια στο σημείο ονομάζεται γωνία διάθλασης θ_b.

  Διάθλαση είναι η αλλαγή κατεύθυνσης ενός κύματος που οφείλεται στη αλλαγή της ταχύτητας του.Στο φαινόμενο αυτό έχουμε διατήρησης της ενέργειας. Η σωστή εξήγηση θα ήταν ότι λόγω της αλλαγής του μέσου, η ταχύτητα φάσης του κύματος αλλάζει αλλά η συχνότητά του παραμένει σταθερή.Κάθε είδους κύματα μπορούν να διαθλούν όταν αλληλεπιδρά με ένα μέσο, ​​για παράδειγμα όταν τα ηχητικά κύματα περνούν από το ένα μέσο στο άλλο ή όταν τα κύματα του νερού κινούνται στο νερό ενός διαφορετικού βάθους.

ΔΕΙΚΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ

 Γνωρίζουμε ότι το φως διαδίδεται με διαφορετική ταχύτητα στα διάφορα υλικά,για παράδειγμα στον αέρα,στο νερό κ.λπ.Το φως διαδίδεται με τη μεγαλύτερη  ταχύτητα στο κενό. 

 Αποτέλεσμα των διαφορετικών ταχυτήτων στα δυο υλικά είναι η διάθλαση του φωτός.

 Ένα διαφανές μέσο λέγεται οπτικά πυκνότερο από ένα άλλο,όταν η ταχύτητα του φωτός σ' αυτό είναι μικρότερη.Για παράδειγμα το γυαλί είναι οπτικά πυκνότερο από το νερό.

Ο Κρίστιαν Χόυχενς (Christiaan Huygens) (14 Απριλίου 1629–8 Ιουλίου 1695) ήταν Ολλανδός φυσικός, αστρονόμος και μαθηματικός.Συνέβαλε σημαντικά στην επιστημονική επανάσταση του 17ου αιώνα

 Το 1678 ο Κρίστιαν Χόυχενς απέδειξε ότι ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού ισούται με το πηλίκο της ταχύτητας του φωτός c στο κενό και κατά προσέγγιση στον αέρα προς την ταχύτητά του υ στο υλικό.

Δείκτης διάθλασης η  του οπτικού διαφανούς υλικού ονομάζεται ο  λόγος της  ταχύτητας  του φωτός στο κενό c προς  την  ταχύτητα  υ του φωτός στο υλικό αυτό

 Δείκτης διάθλασης η  του οπτικού διαφανούς υλικού ονομάζεται ο  λόγος της  ταχύτητας  του φωτός στο κενό c προς  την  ταχύτητα  υ του φωτός στο υλικό αυτό.

                                                                                η=c/υ

 Ο  δείκτης  διάθλασης είναι καθαρός αριθμός.Από τον ορισμό,ο δείκτης διάθλασης για το κενό ισούται με τη μονάδα.Με πολύ καλή προσέγγιση ο δείκτης διάθλασης για τον αέρα ισούται επίσης με τη μονάδα,επειδή η ταχύτητα του φωτός στον αέρα είναι περίπου ίση με  την ταχύτητα με την οποία διαδίδεται στο κενό.Για οποιοδήποτε άλλο διάφανο υλικό είναι μεγαλύτερος της μονάδας.Γενικά ισχύει:

                                                                                η≥1

 Αν ο δείκτης διαθλάσεως ενός υλικού μέσου Α είναι μεγαλύτερος από το δείκτης διαθλάσεως ενός υλικού μέσου Β τότε λέμε ότι το μέσο Α είναι οπτικά πυκνότερο του Β. Ισοδύναμα,αν το φως διαδίδεται με μικρότερη ταχύτητα σε ένα οπτικό μέσο Α από ότι σε ένα οπτικό μέσο Β,λέμε ότι το μέσο Α είναι οπτικά πυκνότερο του Β.

Ένα διαφανές μέσο λέγεται οπτικά πυκνότερο από ένα άλλο,όταν η ταχύτητα του φωτός σ' αυτό είναι μικρότερη

 O δείκτης διαθλάσεως ενός οπτικού μέσου μπορεί να γραφτεί:

η=c/υ                              ή

η=λ0·f/λ·f                        ή

                                                                                η=λ0/λ

όπου:
λ0 το μήκος κύματος της ακτινοβολίας στο κενό και
λ το μήκος κύματος της ακτινοβολίας στο οπτικό μέσο.
 Για δύο οπτικά μέσα ισχύει:

ηα/ηb=c/υα/c/υb            ή

ηα/ηb=υb/υα                    ή

                                                                                ηα/ηb=λb/λα

ΝΟΜΟΙ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

 Από πειράματα προκύπτουν οι εξής νόμοι της διάθλασης:

α) Η προσπίπτουσα ακτίνα,η διαθλώμενη ακτίνα και η κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια  των δύο οπτικών μέσων α και b,στο σημείο πρόσπτωσης  της ακτίνας βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.

Η προσπίπτουσα ακτίνα,η διαθλώμενη ακτίνα και η κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια  των δύο οπτικών μέσων α και b,στο σημείο πρόσπτωσης  της ακτίνας βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο

β) Όταν το φως είναι μονοχρωματικό(φως ορισμένης συχνότητας),ο λόγος του ημίτονου της γωνίας πρόσπτωσης θα προς το ημίτονο  της γωνίας διάθλασης θb ισούται με τον αντίστροφο λόγο των δεικτών διάθλασης  των δύο οπτικών μέσων.

                                                                                ημθα/ημθb=ηb/ηα   ή 

                                                                                ηα·ημθα=ηb·ημθb

 Τη σχέση αυτή τη διατύπωσε το 1621 ο Ολλανδός φυσικός Σνελ (Snell) που συνδέει τη γωνία πρόσπτωσης θα με τη γωνία διάθλασης θb και ονομάζεται νόμος  του Snell (Σνέλ).

Όταν  το φως είναι μονοχρωματικό(φως ορισμένης συχνότητας),ο λόγος του ημίτονου  της  γωνίας  πρόσπτωσης θα προς  το ημίτονο  της  γωνίας διάθλασης θb ισούται με τον αντίστροφο  λόγο  των δεικτών διάθλασης  των δύο οπτικών μέσων

 Ο νόμος  του Snell συνδέει τις δύο γωνίες και τις ταχύτητες διάδοσης του φωτός στα δύο μέσα.

O Willebrord Snell (1580 -1626, Leiden) ήταν Ολλανδός αστρονόμος και μαθηματικός.Tο όνομά του έχει συνδεθεί με το νόμο της διάθλασης του φωτός, αλλά είναι πλέον γνωστό ότι ο νόμος αυτός ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Ibn Sahl το 984

 Ο νόμος  του Snell ακολουθεί την αρχή του ελαχίστου χρόνου (αρχή Φερμά) η οποία ακολουθεί την θεώρηση του φωτός ως κύματα.

ΠΟΡΕΙΑ ΜΙΑΣ ΜΟΝΟΧΡΩΜΑΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ ΦΩΤΟΣ

 Από τους νόμους της διάθλασης μπορούμε να βγάλουμε τα παρακάτω συμπεράσματα για την πορεία μιας μονοχρωματικής ακτίνας φωτός:
α) Όταν μια μονοχρωματική ακτίνα φωτός διέρχεται από το κενό ή κατά προσέγγιση από τον αέρα σε ένα υλικό,πλησιάζει πάντοτε την κάθετο στη διαχωριστική επιφάνεια στο σημείο πρόσπτωσης.

Όταν μια μονοχρωματική ακτίνα φωτός διέρχεται από το κενό ή κατά προσέγγιση από τον αέρα σε ένα υλικό,πλησιάζει πάντοτε την κάθετο στη διαχωριστική επιφάνεια στο σημείο πρόσπτωσης

 Ο δείκτης  διάθλασης  του κενού  είναι εξ ορισμού ίσος με  τη μονάδα,επομένως όταν μια ακτίνα διέρχεται από το κενό σε ένα υλικό,πλησιάζει πάντα  την κάθετη.
β) Όταν μια μονοχρωματική ακτίνα φωτός προσπίπτει κάθετα στη διαχωριστική επιφάνεια δυο διαφανών υλικών,τότε η ακτίνα δεν αλλάζει διεύθυνση.

Όταν μια μονοχρωματική ακτίνα φωτός προσπίπτει κάθετα στη διαχωριστική επιφάνεια δυο διαφανών υλικών,τότε η ακτίνα δεν αλλάζει διεύθυνση

 Όταν μια ακτίνα προσπίπτει κάθετα στη διαχωριστική επιφάνεια έχουμε:

θα=0        και

ημθα=0  

 Από τον νόμο του Snell προκύπτει ότι και: 

θb=0
  
 Δηλαδή η ακτίνα  δεν αλλάζει κατεύθυνση.
γ) Όταν μια μονοχρωματική ακτίνα φωτός διέρχεται από ένα διαφανές υλικό α σε ένα  διαφανές υλικό b,στο οποίο η ταχύτητα  του φωτός είναι μικρότερη (ηb>ηα),τότε η γωνία  διάθλασης είναι μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης(θb<θα),δηλαδή η διαθλώμενη ακτίνα πλησιάζει την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο υλικών στο σημείο πρόσπτωσης.

Όταν μια μονοχρωματική ακτίνα φωτός διέρχεται από ένα διαφανές υλικό α σε ένα  διαφανές υλικό b,στο οποίο η ταχύτητα  του φωτός είναι μικρότερη (ηb>ηα),τότε η γωνία  διάθλασης είναι μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης(θb<θα),δηλαδή η διαθλώμενη ακτίνα πλησιάζει την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο υλικών στο σημείο πρόσπτωσης

 Οι φωτεινές ακτίνες που περνούν από τον αέρα στο γυαλί ή σε οποιοδήποτε άλλο οπτικά πυκνότερο μέσο διαθλώνται και πλησιάζουν την κάθετο στην επιφάνεια.Όσο η γωνία πρόσπτωσης αυξάνεται τόσο και η γωνία διάθλασης αυξάνεται.
δ) Όταν μια μονοχρωματική ακτίνα φωτός διέρχεται από ένα διαφανές υλικό α σε ένα  διαφανές υλικό b,στο οποίο η ταχύτητα  του φωτός είναι μικρότερη (ηb<ηα),τότε η γωνία  διάθλασης είναι μεγαλύτερη από τη γωνία πρόσπτωσης(θb>θα),δηλαδή η διαθλώμενη ακτίνα απομακρύνεται από την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο υλικών στο σημείο πρόσπτωσης.

Όταν μια μονοχρωματική ακτίνα φωτός διέρχεται από ένα διαφανές υλικό α σε ένα  διαφανές υλικό b,στο οποίο η ταχύτητα  του φωτός είναι μικρότερη (ηb<ηα),τότε η γωνία  διάθλασης είναι μεγαλύτερη από τη γωνία πρόσπτωσης(θb>θα),δηλαδή η διαθλώμενη ακτίνα απομακρύνεται από την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο υλικών στο σημείο πρόσπτωσης

ε) Από του νόμους της διάθλασης προκύπτει ότι η πορεία που ακολουθεί μια φωτεινή ακτίνα είναι ίδια,είτε αυτή μεταβαίνει από το υλικό α στο υλικό b είτε αντίστροφα.

ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΜΙΑΣ ΜΟΝΟΧΡΩΜΑΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

 Όταν το μονοχρωματικό φως διέρχεται από ένα διαφανές υλικό σε κάποιο άλλο,η συχνότητά  του f  δεν αλλάζει,αφού καθορίζεται από την πηγή της ακτινοβολίας.
 Ο θεμελιώδης νόμος της κυματικής είναι:

υ=λ·f

 Γνωρίζουμε ότι η ταχύτητα με την οποία διαδίδεται το φως είναι διαφορετική στα δυο μέσα.Αφού η συχνότητα της ακτινοβολίας μένει σταθερή,το μήκος κύματος της ακτινοβολίας πρέπει να είναι διαφορετικό στα δυο μέσα.

Μονοχρωματική ακτινοβολία περνάει από τον αέρα σε ένα διαφανές μέσο. Το μήκος κύματος της ακτινοβολίας μειώνεται

 Θεωρούμε ότι το ένα μέσο είναι το κενό ή στην πράξη ο αέρας.Τότε από τον θεμελιώδη νόμος της κυματικής έχουμε:

c=λ0·f

όπου: 
λ0 το μήκος κύματος της ακτινοβολίας στο κενό.

Η μείωση του μήκους κύματος, όταν το φως διέρχεται από οπτικά αραιότερο σε οπτικά πυκνότερο μέσο. Ισχύει στην περίπτωση αυτή n₂ > n₁, και λ₂ < λ₁.Το οπτικά πυκνότερο μέσο είναι αυτό που έχει το μεγαλύτερο δείκτη διάθλαση

 Από τον θεμελιώδη νόμος της κυματικής σε κάθε υλικό έχουμε:

υ=λ·f

 Διαιρούμε τις δύο σχέσεις κατά μέλη και προκύπτει:

c/υ=λ0·f/λ·f        ή

c/υ=λ0/λ            ή

η=λ0/λ                ή

                                                                                λ=λ0/η

όπου:
η ο δείκτης διάθλασης του οπτικού μέσου για τη συγκεκριμένη ακτινοβολία και
λ0 το μήκος κύματος της ακτινοβολίας στο κενό.

Tο μήκος κύματος μιας μονοχρωματικής ακτινοβολίας  που μεταβαίνει από  το κενό ή  τον αέρα σε κάποιο άλλο μέσο μειώνεται

 Σύμφωνα με αυτήν την σχέση το μήκος κύματος μιας μονοχρωματικής ακτινοβολίας  που μεταβαίνει από  το κενό ή  τον αέρα σε κάποιο άλλο μέσο μειώνεται.

ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΤΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ

 Τα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης δεν αφορούν μόνο το οπτικό φάσμα,αλλά το σύνολο των ακτινοβολιών αλλά και τα μηχανικά κύματα.Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελούν τα ραδιοκύματα τα οποία ανακλώνται στις μεταλλικές επιφάνειες.Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούμε παραβολικά κάτοπτρα τόσο για να αποκτήσουν τα εκπεμπόμενα ραδιοκύματα συγκεκριμένη κατεύθυνση όσο και για να εστιαστούν σε μία κεραία.

Όταν ο κυματικός παλμός που διαδίδεται στο μέσο 1 συναντήσει το μέσο 2 εν μέρει αντανακλάται και εν μέρει συνεχίζει στο μέσο 2, με άλλη ταχύτητα

 Μελετήσαμε τα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης για το φως κι αυτό γιατί ο ρόλος των φαινομένων στον κλάδο της φυσικής που μελετά το φως και ονομάζεται οπτική είναι σημαντικός, αλλά και γιατί, με το φως τα φαινόμενα είναι εύκολα παρατηρήσιμα. Ωστόσο πρέπει  να επισημάνουμε ότι τα φαινόμενα αυτά δεν περιορίζονται μόνο στα φωτεινά κύματα αλλά είναι κοινά σε όλα τα είδη κυμάτων, ηλεκτρομαγνητικά και μηχανικά. 

Παραβολικές κεραίες ραδιοτηλεσκόπιου

 Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι τα ραδιοκύματα ανακλώνται σε μεταλλικές επιφάνειες.Θα έχετε παρατηρήσει τις κεραίες εκπομπής με μεταλλικό "κάτοπτρο" ή τις κεραίες  δορυφορικής λήψης που επίσης φέρουν κάτοπτρο.Οι μεταλλικές επιφάνειες παίζουν για τα ραδιοκύματα το ρόλο που παίζουν οι καθρέφτες για το φως.Σε πολλές κεραίες εκπομπής, υπάρχει μια παραβολική μεταλλική επιφάνεια (κάτοπτρο).Χωρίς το κάτοπτρο,το κύμα που παράγεται από το  ταλαντούμενο ηλεκτρικό δίπολο θα διασκορπιζόταν σε όλο το χώρο γύρω του.Με το κάτοπτρο,μετά την ανάκλασή του το κύμα διαδίδεται προς μια μόνο κατεύθυνση.Το κύμα αυτό είναι ικανό να φτάσει πολύ μακριά χωρίς σημαντική εξασθένιση.Στις κεραίες λήψης,το κάτοπτρο ανακλά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που πέφτουν πάνω του και τα εστιάζει στην κεραία, με αποτέλεσμα το σήμα στην κεραία  να είναι πιο ισχυρό. 
 Στον πίνακα που ακολουθεί αναφέρονται οι δείκτες διάθλασης ορισμένων υλικών,για το κίτρινο φως με μήκος κύματος λ0=589 nm.

Υλικό	Δείκτης Διάθλασης	Υλικό	Δείκτης Διάθλασης
Στερεά		Υγρά
Πάγος	1,309	Νερό	1,333
Πυριτική στεφανύαλος	1,52	Αιθυλική αλκοόλη	1,361
Μολυβδύαλος(κρύσταλλο)	1,66	Βενζόλιο	1,501
Φθορίτης	1,434	Αέρια
Χλωριούχο νάτριο	1,544	Αέρας	1,000293
Αδάμας	2,419	Διοξείδιο του άνθρακα	1,00045

ΦΑΙΝΟΜΕΝΗ ΑΝΥΨΩΣΗ

 Πολλές οφθαλμαπάτες οφείλονται στο φαινόμενο της διάθλασης.Για παράδειγμα το φαινομενικό σπάσιμο μιας  ράβδου που ένα  τμήμα της είναι βυθισμένο στο νερό.Το μάτι αντιλαμβάνεται το φως σαν  να διαδίδεται ευθύγραμμα.Έτσι βλέπει το ψάρι στην προέκταση της ακτίνας πιο κοντά στην επιφάνεια από ότι είναι πραγματικά.

Το μάτι αντιλαμβάνεται το φως σαν  να διαδίδεται ευθύγραμμα.Έτσι βλέπει το ψάρι στην προέκταση της ακτίνας πιο κοντά στην επιφάνεια από ότι είναι πραγματικά

 Με τους νόμους της διάθλασης μπορούμε να ερμηνεύσουμε τη φαινομενική ανύψωση του πυθμένα της θάλασσας ή της πισίνας και το φαινομενικό σπάσιμο του μολυβιού ή του κουταλιού στην επιφάνεια του νερού.

Λόγω της διάθλασης ένα αντικείμενο μέσα στο νερό φαίνεται να βρίσκεται πιο κοντά στην επιφάνεια από όσο είναι πραγματικά

 Ακτίνες φωτός που ξεκινούν από ένα σημείο του πυθμένα διαδίδονται από το νερό στον αέρα και φθάνουν στο μάτι μας.Γνωρίζουμε ότι στον αέρα το φως διαδίδεται με μεγαλύτερη ταχύτητα απ’ ότι στο νερό.Άρα μόλις η φωτεινή δέσμη διέλθει από το νερό στον αέρα, η γωνία που σχηματίζει με την κάθετη ευθεία στη διαχωριστική επιφάνεια αυξάνεται.

Το μάτι μας προεκτείνει τις ακτίνες που φθάνουν σε αυτό και σχηματίζει το είδωλο του σημείου στην τομή των προεκτάσεων των ακτίνων

 Tο μάτι μας προεκτείνει τις ακτίνες που φθάνουν σε αυτό και σχηματίζει το είδωλο του σημείου στην τομή των προεκτάσεων των ακτίνων.Το φως φαίνεται ότι εκπέμπεται από ένα σημείο που βρίσκεται ψηλότερα από την πραγματική θέση του σημείου εκπομπής του.Έχουμε λοιπόν την εντύπωση ότι ο πυθμένας βρίσκεται ψηλότερα απ’ όσο είναι στην πραγματικότητα.

Επειδή κάθε σημείο του μολυβιού που βρίσκεται μέσα στο νερό φαίνεται ψηλότερα απ’ όσο είναι στην πραγματικότητα,μας δημιουργεί την εντύπωση ότι το μολύβι είναι λυγισμένο προς τα πάνω

 Επίσης επειδή κάθε σημείο του μολυβιού που βρίσκεται μέσα στο νερό φαίνεται ψηλότερα απ’ όσο είναι στην πραγματικότητα,μας δημιουργεί την εντύπωση ότι το μολύβι είναι λυγισμένο προς τα πάνω.

ΑΝΤΙΚΑΤΟΠΤΡΙΣΜΟΣ

 Κατά την διάρκεια του καλοκαιριού,στις πολύ θερμές ημέρες,μερικές φορές όταν κινούμαστε στους ασφαλτοστρωμένους δρόμους βλέπουμε από μακριά να καθρεφτίζεται στο δρόμο ο ουρανός ή ένα αντικείμενο,οπότε μας δημιουργείται η εντύπωση ότι στο βάθος του δρόμου υπάρχει νερό.Όμως όταν φθάνουμε εκεί,διαπιστώνουμε ότι το έδαφος είναι απολύτως στεγνό. 

Όταν ο αέρας που βρίσκεται κοντά στο έδαφος θερμαίνεται πολύ,γίνεται αραιότερος από τα πιο ψηλά στρώματα και συνεπώς οπτικά αραιότερος

 Το ίδιο ακριβώς φαινόμενο παρατηρείται συχνά και στην έρημο.Ο ουρανός που καθρεφτίζεται στην έρημο δημιουργεί την εντύπωση της επιφάνειας μιας λίμνης ή θάλασσας η οποία διαρκώς απομακρύνεται όσο την πλησιάζεις.
 Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται αντικατοπτρισμός.

Το καλοκαίρι στους ασφαλτοστρωμένους δρόμους μας φαίνεται ο δρόμος γυαλιστερός σαν να είναι βρεγμένος

 Η ψευδαίσθηση του αντικατοπτρισμού εξηγείται ως εξής.Ο αντικατοπτρισμός παρατηρείται όταν το έδαφος είναι πολύ θερμό.Πάνω από αυτό ο αέρας έχει μεγάλη θερμοκρασία,ενώ ψηλότερα μικρότερη.Όταν ο αέρας που βρίσκεται κοντά στο έδαφος θερμαίνεται πολύ,γίνεται αραιότερος από τα πιο ψηλά στρώματα και συνεπώς οπτικά αραιότερος.Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του αέρα τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα διάδοσης του φωτός και άρα τόσο μικρότερος ο δείκτης διάθλασης σε αυτόν.

Ο παρατηρητής βλέπει το αντικείμενο αντιστραμμένο,σαν να υπήρχε ένα επίπεδο κάτοπτρο μεταξύ παρατηρητή και αντικειμένου

 Μια φωτεινή ακτίνα που έρχεται από ένα αντικείμενο,καμπυλώνεται συνεχώς,γιατί μπαίνει σε οπτικά αραιότερα στρώματα.Τελικά κοντά στο έδαφος υφίσταται ολική ανάκλαση.Τότε η ακτίνα ακολουθεί συμμετρική πορεία και φθάνει στα μάτια του παρατηρητή,ο οποίος την προεκτείνει ευθύγραμμα σχηματίζοντας το είδωλο του αντικειμένου στο έδαφος.

 Ο παρατηρητής βλέπει το αντικείμενο αντιστραμμένο,σαν να υπήρχε ένα επίπεδο κάτοπτρο μεταξύ παρατηρητή και αντικειμένου.

Στις ερήμους αντικατοπτρίζεται ο ουρανός,ο οποίος δημιουργεί στον ταξιδιώτη την εντύπωση απέραντης λίμνης

 Στις ερήμους,όπου δεν υπάρχουν αντικείμενα,αντικατοπτρίζεται ο ουρανός,ο οποίος δημιουργεί στον ταξιδιώτη την εντύπωση απέραντης λίμνης.Το ίδιο μπορεί να συμβεί το καλοκαίρι και στους ασφαλτοστρωμένους δρόμους,οπότε μας φαίνεται ο δρόμος γυαλιστερός σαν να είναι βρεγμένος.

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΔΙΑΘΛΑΣΗ

 Ο αέρας στα ψηλότερα στρώματα είναι οπτικά αραιότερος.Μια φωτεινή ακτίνα που έρχεται από τον Ήλιο ή κάποιον αστέρα,καθώς περνά από τα αραιότερα στρώματα του αέρα προς τα κατώτερα και πυκνότερα,παθαίνει διαδοχικές διαθλάσεις με αποτέλεσμα να καμπυλώνεται.

Μια φωτεινή ακτίνα που έρχεται από κάποιον αστέρα,καθώς περνά από τα αραιότερα στρώματα του αέρα προς τα κατώτερα και πυκνότερα,παθαίνει διαδοχικές διαθλάσεις με αποτέλεσμα να καμπυλώνεται

 Όταν η ακτίνα φτάσει στο μάτι μας,βλέπουμε τον Ήλιο ή τον αστέρα στην προέκταση της φωτεινής ακτίνας,δηλαδή ψηλότερα από την πραγματική του θέση.

Το φαινόμενο ατμοσφαιρική διάθλαση

 Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ατμοσφαιρική διάθλαση.

 Η φαινομενική ανύψωση του αστέρα είναι τόσο μεγαλύτερη όσο πιο κοντά προς τον ορίζοντα βρίσκεται ο αστέρας.

Όταν η ακτίνα φτάσει στο μάτι μας,βλέπουμε τον Ήλιο ή τον αστέρα στην προέκταση της φωτεινής ακτίνας,δηλαδή ψηλότερα από την πραγματική του θέση

  Όταν ο αστέρας βρίσκεται στο Ζενίθ,δεν έχουμε ανύψωση.

Εξαιτίας της ατμοσφαιρικής διάθλασης,ο Ήλιος φαίνεται πάνω από τον ορίζοντα παρότι δεν έχει ανατείλει το πρωί ή έχει πριν από λίγο δύσει το βράδυ

 Εξαιτίας της ατμοσφαιρικής διάθλασης,ο Ήλιος φαίνεται πάνω από τον ορίζοντα παρότι δεν έχει ανατείλει το πρωί ή έχει πριν από λίγο δύσει το βράδυ.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

 Η διάθλαση,στην οπτική,είναι ένα φαινόμενο που συμβαίνει συχνά όταν τα κύματα ταξιδεύουν από το ένα μέσο με ένα συγκεκριμένο δείκτη διάθλασης σε ένα μέσο με το άλλο σε μια πλάγια γωνία.Η κατανόηση της έννοιας αυτής έχει πολλές εφαρμογές και οδήγησε στην εφεύρεση των φακών και των τηλεσκοπίων.

Διάθλαση ηλιακού φωτός σε σταγόνα βροχής

 Επίσης η διάθλαση του φωτός έχει πολλές εφαρμογές στην ιατρική,ιδιαίτερα στην οπτομετρία και στην οφθαλμολογία.

Η διάθλαση του φωτός έχει πολλές εφαρμογές στην ιατρική,ιδιαίτερα στην οπτομετρία

 Η διάθλαση είναι επίσης υπεύθυνη για τα ουράνια τόξα και για το διαχωρισμό του λευκού φωτός μέσα από ένα πρίσμα γυαλιού.Το γυαλί έχει υψηλότερο δείκτη διάθλασης από τον αέρα.

ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ

ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

   H ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι ίδια για όλα τα μήκη κύματος.Όμως μέσα στην ύλη,δηλαδή σε ένα υλικό οπτικό μέσο η ταχύτητα διάδοσης του φωτός εξαρτάται από το μήκος κύματος.

Εξάρτηση του δείκτη διάθλασης του κενού από το μήκος κύματος.H ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι ίδια για όλα τα μήκη κύματος

  Έτσι,λοιπόν,και ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού, δεν είναι ίδιος για όλες τις ακτινοβολίες αλλά εξαρτάται από το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που προσπίπτει στο υλικό.

ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΟΥ ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΥ

  Το φαινόμενο «διασκεδασμός» μελετήθηκε για πρώτη φορά το 17ο αιώνα από το Ρενέ Ντεκάρτ και το Νεύτωνα.

Ο Σερ Ισαάκ Νεύτων (Sir Isaac Newton, 4 Ιανουαρίου 1643 – 31 Μαρτίου 1727) ήταν Άγγλος φυσικός, μαθηματικός, αστρονόμος, φιλόσοφος, αλχημιστής και θεολόγος. Θεωρείται πατέρας της Κλασικής Φυσικής, καθώς ξεκινώντας από τις παρατηρήσεις του Γαλιλαίου αλλά και τους νόμους του Κέπλερ για την κίνηση των πλανητών διατύπωσε τους τρεις μνημειώδεις νόμους της κίνησης και τον περισπούδαστο «νόμο της βαρύτητας» (που ο θρύλος αναφέρει πως αναζήτησε μετά από πτώση μήλου από μια μηλιά). Μεγάλης ιστορικής σημασίας υπήρξαν ακόμη οι μελέτες του σχετικά με τη φύση του φωτός καθώς επίσης και η καθοριστική συμβολή του στη θεμελίωση των σύγχρονων μαθηματικών και συγκεκριμένα του διαφορικού και ολοκληρωτικού λογισμού

  Ο Νεύτωνας προσπάθησε να αναλύσει περαιτέρω τις μονοχρωματικές ακτίνες του φάσματος σε άλλες απλούστερες, αλλά δεν τα κατάφερε. Το μόνο που παρατήρησε ήταν ότι το χρώμα διαχεόταν περισσότερο, αλλά παρέμενε ως έχει.

ΟΡΙΣΜΟΣ TOY ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΥ

    Διασκεδασμός ονομάζεται το φαινόμενο της εξάρτησης της ταχύτητας  του φωτός και του δείκτη διάθλασης από το μήκος κύματος. 

Διασκεδασμός ονομάζεται το φαινόμενο της εξάρτησης της ταχύτητας  του φωτός και του δείκτη διάθλασης από το μήκος κύματος

  Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης ενός οπτικού υλικού (χαλαζία) από το μήκος κύματος λ0 στο κενό.Παρατηρούμε ότι η τιμή του n μειώνεται,καθώς αυξάνεται η τιμή του μήκους κύματος.

Εξάρτηση του δείκτη διάθλασης ενός οπτικού υλικού από το μήκος κύματος

  Φως μεγαλύτερου μήκους κύματος έχει μεγαλύτερη ταχύτητα σε  ένα μέσο  από φως μικρότερου μήκους κύματος.

ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΟΠΤΙΚΑ ΜΕΣΑ

  Σαν οπτικά µέσα θα θεωρήσουµε τα διηλεκτρικά.Τα πιο απλά παραδείγµατα είναι οι φακοί,τα πρίσµατα, οι οπτικές ίνες (fibers) κ.λ.π. που αποτελούνται κυρίως από διάφορα είδη γυαλιών,χωρίς να ξεχνάµε ότι ο αέρας και το νερό ανήκουν σ’ αυτήν την κατηγορία των υλικών.

Μεταβολή του δείκτη διάθλασης ορισμένων υλικών σε συνάρτηση με το μήκος κύματος. Τα υλικά είναι: (1) πυριτική μολυβδύαλος (κρύσταλλο) (2) βορική μολυβδύαλος (κρύσταλλο) (3) χαλαζίας (4) πυριτική στεφανύαλος (5) τηγμένος χαλαζίας (6) φθορίτης

  Στο παραπάνω σχήμα βλέπουμε την εξάρτηση του δείκτη διάθλασης έξι διαφορετικών υλικών,από το μήκος του κύματος.Συνήθως η τιμή του μειώνεται,όταν αυξάνεται το μήκος κύματος.Ο δείκτης διάθλασης είναι μεγαλύτερος για το ιώδες φως και μικρότερος για το ερυθρό.

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΟΠΤΙΚΟΥ ΠΡΙΣΜΑΤΟΣ

  Οπτικό πρίσμα είναι ένα διαφανές μέσο από ομοιογενές ισότροπο υλικό που περιορίζεται από δυο τεμνόμενες επίπεδες έδρες,που σχηματίζουν δίεδρη γωνία.

Στο πρίσμα διακρίνουμε:
α) τη βάση,
β) την ακμή,
γ) τη διαθλαστική γωνία και 
δ) την κύρια τομή του πρίσματος.

Οπτικό πρίσμα είναι ένα διαφανές μέσο από ομοιογενές ισότροπο υλικό που περιορίζεται από δυο τεμνόμενες επίπεδες έδρες,που σχηματίζουν δίεδρη γωνία

  Το πρίσμα αναλύει τη φωτεινή δέσμη λευκού φωτός στα χρώματα του φάσματός της, διαχωρίζοντας αυτά ανάλογα του μήκους κύματος εκάστου. Το γυάλινο πρίσμα διαθλά κάθε μήκος κύματος σε ορισμένη γωνία είτε διερχόμενο το φως από τον αέρα σ΄ αυτό είτε αντίστροφα, εξερχόμενο απ΄ αυτό στον αέρα.Κατά τη διέλευση φωτεινής δέσμης μέσα από πρίσμα παρατηρούνται τρία οπτικά φαινόμενα,την ανάκλαση,τη διάθλαση και την ανάλυση φωτός.

Το πρίσμα αναλύει τη φωτεινή δέσμη λευκού φωτός στα χρώματα του φάσματός της, διαχωρίζοντας αυτά ανάλογα του μήκους κύματος εκάστου

   Με την τοποθέτηση δύο πρισμάτων στην αυτή διεύθυνση της φωτεινής δέσμης επιτυγχάνεται επανασύνθεση των χρωμάτων, δηλαδή του φάσματος, σε δέσμη λευκού φωτός.

ΔΙΑΔΛΑΣΗ ΜΕ ΠΡΙΣΜΑ

  Θα μελετήσουμε το φαινόμενο της ανάλυσης του λευκού φωτός.Αρχικά θα δούμε πώς προκαλείται η εκτροπή,δηλαδή η αλλαγή κατεύθυνσης μιας μονοχρωματικής ακτίνας φωτός από ένα πρίσμα.

  Θεωρούμε ότι σε μία κύρια τομή ενός πρίσματος προσπίπτει πλάγια μία μονοχρωματική δέσμη φωτός,όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Η δέσμη διαθλάτε πρώτα όταν εισχωρεί στο πρίσμα και πάλι όταν βγαίνει στον αέρα. 

Ακτίνα φωτός που διαθλάται από πρίσμα εκτρέπεται κατά γωνία φ

  Η ακτίνα διαθλάται προσεγγίζοντας την κάθετη xx',ενώ, όταν η ακτίνα εξέρχεται από το πρίσμα, απομακρύνεται από την κάθετη.Αυτό συμβαίνει γιατί ο δείκτης διάθλασης του πρίσματος είναι μεγαλύτερος από το δείκτη διάθλασης του οπτικού μέσου που τον περιβάλλει. 

Μεγάλο μήκος κύματος μικρή γωνία εκτροπής

  Παρατηρούμε ότι η εξερχόμενη δέσμη παθαίνει εκτροπή κατά μία γωνία και πλησιάζει προς τη βάση του πρίσματος.Τη γωνία φ ,που σχηματίζεται από τις προεκτάσεις της προσπίπτουσας και της εξερχόμενης ακτίνας ,ονομάζουμε γωνία εκτροπής .

Γωνία εκτροπής φ ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από τις προεκτάσεις της προσπίπτουσας και της εξερχόμενης ακτίνας σε ένα πρίσμα

  Γωνία εκτροπής φ ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από τις προεκτάσεις της προσπίπτουσας και της εξερχόμενης ακτίνας σε ένα πρίσμα.

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

   Γνωρίζουμε ότι λευκό φως δίνει ο Ήλιος και οι λαμπτήρες πυράκτωσης.
  Αφήνουμε μία παράλληλη δέσμη λευκού φωτός να πέσει πλάγια πάνω σε  ένα πρίσμα.Θα παρατηρήσουμε ότι το λευκό φως,εκτός από εκτροπή,παθαίνει και ανάλυση.Οι ακτίνες που εξέρχονται από το πρίσμα εκτρέπονται και διασκορπίζονται στο  χώρο εξόδου.
   Αν πίσω από το πρίσμα τοποθετήσουμε ένα λευκό διάφραγμα,θα λάβουμε μία συνεχή έγχρωμη ταινία που αποτελείται από τα εξής κατά σειρά χρώματα:
α) κόκκινο,
β) πορτοκαλί,
γ) κίτρινο,
δ) πράσινο,
ε) κυανό και
στ) ιώδες.
   Η μετάβαση από ένα χρώμα στο άλλο δεν είναι απότομη αλλά βαθμιαία.Κάθε χρώμα του φάσματος ονομάζεται και ακτινοβολία,για παράδειγμα πράσινη ακτινοβολία κ.λπ.
 Άρα το λευκό φως αναλύεται σε μία πολύχρωμη συνεχή ταινία, που περιλαμβάνει τα γνωστά χρώματα.Η ταινία αυτή λέγεται φάσμα  του λευκού φωτός.

Φάσμα  του λευκού φωτός ονομάζεται η πολύχρωμη συνεχή ταινία, που περιλαμβάνει τα γνωστά χρώματα,που προκύπτει από την ανάλυση του λευκού φωτός

  Φάσμα  του λευκού φωτός ονομάζεται η πολύχρωμη συνεχή ταινία, που περιλαμβάνει τα γνωστά χρώματα,που προκύπτει από την ανάλυση του λευκού φωτός.

Η ανάλυση του λευκού φωτός

  Το φαινόμενο που μελετήσαμε ονομάζεται ανάλυση του λευκού φωτός.

  Τα χρώματα του φάσματος εμφανίζονται κατά σειρά μείωσης του μήκους κύματος και όπως είπαμε είναι το ερυθρό,το πορτοκαλί,το κίτρινο,το πράσινο, το κυανό και το ιώδες.

Ο διασκεδασμός που προκαλείται σε δέσμη λευκού φωτός από ένα πρίσμα. Η ταινία των εξερχόμενων χρωμάτων ονομάζεται φάσμα

 Παρατηρούμε ότι οι ιώδεις ακτίνες εκτρέπονται περισσότερο,ενώ οι ερυθρές λιγότερο από τις άλλες που βρίσκονται ανάμεσά τους.Άρα συμπεραίνουμε ότι η γωνία εκτροπής εξαρτάται από το μήκος κύματος κάθε χρώματος.

Τα βασικά χρώματα του φάσματος

  Συμπερασματικά,το φως εμφανίζει τα εξής χαρακτηριστικά  σε σχέση  με  τη διάδοσή του σε οπτικά μέσα: 

α) Κάθε μονοχρωματική ακτίνα φωτός, όταν διαδίδεται σε ένα συγκεκριμένο οπτικό μέσο, χαρακτηρίζεται από ένα μοναδικό μήκος κύματος, που είναι η ταυτότητα του χρώματος για το μέσο αυτό.

β) Ο δείκτης διάθλασης του οπτικού μέσου έχει διαφορετική τιμή για κάθε χρώμα.

γ) Η γωνία εκτροπής κάθε χρώματος, όταν αυτό διέρχεται από οπτικό μέσο, εξαρτάται από το μήκος κύματος του χρώματος και όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος τόσο μικρότερη είναι η γωνία εκτροπής.

Το μονοχρωματικό φως δεν αναλύεται σε άλλες απλούστερες ακτινοβολίες. Το πρίσμα Π₁ αναλύει το λευκό φως, όμως το Π₂ απλώς εκτρέπει την κίτρινη ακτίνα

 Η Αντίληψη ενός χρώματος παραμένει η ίδια σε  οποιοδήποτε μέσο διάδοσης.Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η συχνότητα,η οποία είναι υπεύθυνη για το ερέθισμα στο μάτι,είναι αμετάβλητη σε όλα τα μέσα διάδοσης του φωτός.Δηλαδή το κόκκινο χρώμα φαίνεται  κόκκινο απ ' όσα οπτικά μέσα και αν περάσει το φως πριν φθάσει στο μάτι.
  Ο παρακάτω πίνακας μας δείχνει ότι ο δείκτης διάθλασης του οπτικού μέσου έχει διαφορετική τιμή για κάθε χρώμα. 

Δείκτης διάθλασης στεφανύαλου

Χρώμα             Δείκτης διάθλασης

Ιώδες1,532 Μπλε1,528 Πράσινο1,519 Κίτρινο1,517 Πορτοκαλί1,514 Κόκκινο1,513

ΑΠΛΑ ΧΡΩΜΑΤΑ

  Απομονώνουμε μία ακτινοβολία του φάσματος,για παράδειγμα την κόκκινη, και την αφήνουμε να περάσει από άλλο πρίσμα.Παρατηρούμε ότι η ακτίνα αυτή παθαίνει μόνο εκτροπή,αλλά δεν αναλύεται σε άλλες ακτινοβολίες.

Τα χρώματα του φάσματος του λευκού φωτός είναι απλά και δεν αναλύονται σε άλλα απλούστερα

  Λέμε ότι η ακτινοβολία(το χρώμα) είναι απλή ή ότι το φως είναι μονοχρωματικό.
  Άρα:
  Τα χρώματα του φάσματος του λευκού φωτός είναι απλά και δεν αναλύονται σε άλλα απλούστερα. 

ΑΝΑΣΥΝΘΕΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

  Αν συγκεντρώσουμε τα χρώματα,στα οποία αναλύθηκε από ένα πρίσμα το λευκό φως,με ένα συγκλίνοντα φακό ή με ένα άλλο όμοιο πρίσμα,θα παρατηρήσουμε ότι σχηματίζεται μια λευκή ταινία.Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ανασύνθεση του λευκού φωτός.

Η ανασύνθεση του λευκού φωτός

  Την ανασύνθεση του λευκού φωτός μπορούμε να τη δείξουμε και με έναν έγχρωμο δίσκο,που λέγεται δίσκος του Νεύτωνα.

Την ανασύνθεση του λευκού φωτός μπορούμε να τη δείξουμε και με τον δίσκο του Νεύτωνα

 Πάνω στο δίσκο υπάρχουν σε κυκλικούς τομείς τα χρώματα του φάσματος(κόκκινο,πορτοκαλί,κ.λπ.) και σε έκταση ανάλογη προς την έκταση που έχουν αυτά στο φάσμα του λευκού φωτός.Όταν περιστρέφετε γρήγορα ο δίσκος,τα χρώματα αναμυγνύονται μέσα στο μάτι μας και ο δίσκος φαίνεται λευκός.

Όταν περιστρέφετε γρήγορα ο δίσκος του Νεύτωνα,τα χρώματα αναμυγνύονται μέσα στο μάτι μας και ο δίσκος φαίνεται λευκός

   Αυτό οφείλεται στο ότι η οπτική εντύπωση παραμένει περίπου 0,1 sec αφότου πάψει η αιτία που το προκάλεσε.Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται μεταίσθημα.

ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΑ ΧΡΩΜΑΤΑ

  Αν κατά την ανασύνθεση του λευκού φωτός με κάποιο μικρό διάφραγμα αποκόψουμε το κόκκινο,τότε το χρώμα της κηλίδας που σχηματίζεται στο διάφραγμα δεν είναι λευκό,αλλά πράσινο.Το χρώμα αυτό είναι σύνθετο πράσινο,γιατί προέρχεται από την ανάμειξη των άλλων χρωμάτων,πλην του κόκκινου.Όταν αυτό το πράσινο χρώμα αναμειχθεί με το απλό κόκκινο,μας δίνουν πάλι λευκό χρώμα.

Συμπληρωματικά χρώματα ονομάζονται τα χρώματα τα οποία,όταν αναμειχθούν,δίνουν λευκό φως

  Αυτά τα χρώματα ονομάζονται συμπληρωματικά.
   Άρα:
  Συμπληρωματικά χρώματα ονομάζονται τα χρώματα τα οποία,όταν αναμειχθούν,δίνουν λευκό φως.
   Πρέπει να τονίσουμε ότι η ανάμειξη αναφέρεται στα χρώματα του φάσματος και όχι στα χρώματα βαφής.

ΧΡΩΜΑ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ

  Ο κόσμος που μας περιβάλλει εμφανίζει ποικιλία χρωμάτων. Τα τριαντάφυλλα είναι κόκκινα, ο ουρανός γαλάζιος, τα φύλλα των φυτών πράσινα .Τα χρώματα βρίσκονται πάντα στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος τόσο των καλλιτεχνών όσο και των φυσικών.

 Για το φυσικό όμως τα χρώματα των σωμάτων δεν προέρχονται από το υλικό από το οποίο αποτελούνται. Η αίσθηση του χρώματος προκαλείται στο σύστημα ματιού-εγκεφάλου του παρατηρητή από το φως που ανακλάται ή εκπέμπεται από τα σώματα.

Ο κόσμος που μας περιβάλλει εμφανίζει ποικιλία χρωμάτων

  Στο λευκό φως το άνθος ενός τριαντάφυλλου φαίνεται κόκκινο, ενώ τα φύλλα πράσινα. Αν το τριαντάφυλλο φωτιστεί με φωτεινή δέσμη πράσινου χρώματος, τότε το άνθος φαίνεται μαύρο, ενώ τα φύλλα διατηρούν το πράσινο χρώμα τους.

  Γιατί το χρώμα των ετερόφωτων σωμάτων εξαρτάται από το χρώμα με το οποίο φωτίζονται;

  Τα αδιαφανή σώματα απορροφούν ένα μέρος των φωτεινών ακτίνων που πέφτουν πάνω τους, ενώ ανακλούν το υπόλοιπο. Αν ένα σώμα ανακλά τις φωτεινές ακτίνες κόκκινου χρώματος και απορροφά αυτές που αντιστοιχούν στα υπόλοιπα ορατά χρώματα, τότε θα φαίνεται κόκκινο όταν φωτίζεται με λευκό ή με κόκκινο φως. Με οποιοδήποτε άλλο χρώμα θα φαίνεται μαύρο. Τα μέρη των φυτών που περιέχουν χλωροφύλλη απορροφούν φωτεινές ακτίνες όλων των χρωμάτων και ανακλούν μόνο αυτές που αντιστοιχούν στο πράσινο χρώμα και γι’ αυτό φαίνονται πράσινα.

Το χρώμα ενός ετερόφωτου σώματος εξαρτάται από το χρώμα του φωτός που πέφτει πάνω του. Τα τριαντάφυλλα φωτίζονται:
α) με λευκό φως και
β) με πράσινο

  Η σελίδα του τετραδίου μας ανακλά τις φωτεινές δέσμες που αντιστοιχούν σε όλα τα χρώματα.Έτσι όταν φωτιστεί με λευκό φως φαίνεται λευκή, ενώ αν φωτιστεί με το κίτρινο φως ενός κεριού φαίνεται κίτρινη. Γενικά αν ένα σώμα ανακλά τις φωτεινές ακτίνες που αντιστοιχούν σε όλα τα χρώματα θα εμφανίζεται με το χρώμα της φωτεινής δέσμης με την οποία φωτίζεται, ενώ αν απορροφά τις φωτεινές ακτίνες που αντιστοιχούν σε όλα τα χρώματα και δεν ανακλά καμία τότε θα εμφανίζεται μαύρο.

  Αντικείμενα όπως το κάρβουνο ή τα γράμματα του βιβλίου φαίνονται μαύρα γιατί απορροφούν εξίσου σχεδόν όλες τις φωτεινές ακτίνες που αντιστοιχούν στο ορατό φως.

ΟΥΡΑΝΙΟ ΤΟΞΟ - ΤΑ ΧΡΩΜΑΤΑ ΤΗΣ ΦΥΣΗΣ

ΟΥΡΑΝΙΟ ΤΟΞΟ - ΤΑ ΧΡΩΜΑΤΑ ΤΗΣ ΦΥΣΗΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Στα 578 π.χ., ο Αναξιμένης, Έλληνας φιλόσοφος, παρατήρησε τη σχέση μεταξύ του Ουράνιου Τόξου και του Ήλιου. Αντί να αποδώσει το Τόξο σε ουράνιες δυνάμεις, πρότεινε ότι τα σύννεφα αλλάζουν την πορεία του ηλιακού φωτός και παράγουν το Τόξο των χρωμάτων.

Ο Αναξιμένης ήταν ο τρίτος στη διαδοχή Μιλήσιος φιλόσοφος.Ο τελευταίος αντιπρόσωπος της Μιλήσιας σχολής που διαλύθηκε το 494 π.Χ., όταν οι Πέρσες κατάλαβαν την πόλη

 Πρώτος ο Αριστοτέλης συνέλαβε την ιδέα ότι το ουράνιο τόξο δεν είναι υλικό αντικείμενο που κρέμεται από τον ουρανό, αλλά ένα φυσικό φαινόμενο. Χρησιμοποίησε προσεκτικά την τότε γεωμετρία, αλλά λάθος νόμους ανάκλασης, για να εξάγει το κυκλικό σχήμα του Τόξου. Σταδιακά, οι ενασχολούμενοι με αυτό λόγιοι και φιλόσοφοι άρχισαν να συνειδητοποιούν ότι τόσο το φαινόμενο της ανάκλασης όσο και εκείνο της διάθλασης είχαν κάποιας μορφής σχέση με το φαινόμενο του Ουράνιου Τόξου. Την πρώτη ικανοποιητική εξήγηση έδωσε ο Καρτέσιος κατά τον 18ο αιώνα. Σύμφωνα με την θεωρία του το ουράνιο τόξο παράγεται από τις ακτίνες που πέφτουν πάνω στα σταγονίδια και που ανακλούνται στην εσωτερική τους επιφάνεια τουλάχιστον μια φορά.

ΟΥΡΑΝΙΟ ΤΟΞΟ

 Έχουμε παρατηρήσει πολλές φορές,τις βροχερές μέρες με λίγο Ήλιο,να εμφανίζεται στον ουρανό το ουράνιο τόξο.Εκείνη τη στιγμή η φύση συνδυάζει δύο φαινόμενα,το διασκεδασμό και την ολική ανάκλαση, και μας δίνει την ευκαιρία να χαρούμε την ωραιότητα των αποτελεσμάτων του συνδυασμού αυτού.

Το ουράνιο τόξο είναι ένα πολύχρωμο οπτικό και μετεωρολογικό φαινόμενο, κατά το οποίο εμφανίζεται το φάσμα των χρωμάτων που συνθέτουν το ορατό φως στον ουρανό

  Το ουράνιο τόξο είναι ένα πολύχρωμο οπτικό και μετεωρολογικό φαινόμενο, κατά το οποίο εμφανίζεται το φάσμα των χρωμάτων που συνθέτουν το ορατό φως στον ουρανό. Το φαινόμενο εμφανίζεται όταν οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν πάνω σε σταγονίδια βροχής στην ατμόσφαιρα της Γης και αποτελεί ένα παράδειγμα διάθλασης, μετά από ανάκλαση. 

Διάθλαση ηλιακού φωτός σε σταγόνα βροχής

  Το φως,  όπως έρχεται πίσω από τον παρατηρητή,αφού διαθλαστεί και υποστεί ολική ανάκλαση στις μικρές σταγόνες της βροχής,εξέρχεται από αυτές και κατευθύνεται  προς τα μάτια του.

  Ο διασκεδασμός προκαλεί τη διάθλαση των χρωμάτων σε διαφορετικές γωνίες και έτσι έχουμε την ανάλυση του φωτός στα χρώματα της ίριδας.

Ο διασκεδασμός προκαλεί τη διάθλαση των χρωμάτων σε διαφορετικές γωνίες και έτσι έχουμε την ανάλυση του φωτός στα χρώματα της ίριδας

  Το κάθε χρώμα (δηλαδή κάθε μήκος κύματος) διαθλάται υπό διαφορετική γωνία μέσα στα σταγονίδια (που δρουν σαν μικρά πρίσματα), παθαίνει διαφορετική εκτροπή κι έτσι το ορατό λευκό φως αναλύεται στα διάφορα χρώματα που το συνθέτουν, δηλαδή στο φάσμα του. Έτσι εμφανίζεται το φάσμα του ηλιακού φωτός ως ένα πολύχρωμο τόξο, με το κόκκινο χρώμα να κυριαρχεί στην εξωτερική του πλευρά, και το βιολετί στην εσωτερική. Η διαφορετικότητα της γωνίας του κάθε μήκους κύματος (χρώματος) και του σχήματος των σταγονιδίων εξηγεί και το τοξοειδές σχήμα του φαινομένου και όχι κάποιο άλλο.

ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

  Το λευκό φως το αναλύουμε με το φασματοσκόπιο.Έτσι,παρατηρούμε ότι το συνεχές φάσμα που παίρνουμε τελειώνει στο ένα άκρο με ιώδες φως, ενώ στο άλλο με ερυθρό.Το ορατό φως είναι τα μήκη κύματος που αντιλαμβάνεται το μάτι μας.Όμως το ορατό φως έχει όρια με τα  χρώματά του να έχουν μήκη κύματος που κυμαίνονται μεταξύ 400nm του ιώδους και 700nm του ερυθρού.Αυτό δε σημαίνει ότι το φάσμα του λευκού φωτός, που εκπέμπει η φωτεινή πηγή, περιορίζεται σε αυτά τα όρια.

Φάσμα υπεριώδους είναι η γκρίζα περιοχή στο φιλμ πέρα από το ιώδες

  Παρατηρούμε με ειδικό φασματογράφο τη φωτογραφική πλάκα στην οποία αποτυπώνεται το φάσμα.Διαπιστώσουμε ότι πέρα από το όριο της ιώδους περιοχής η πλάκα έχει αμαυρωθεί.

Μια συλλογή από δείγματα ορυκτών που φθορίζοντα σε διάφορα μήκη κύματος και ακτινοβολείται με υπεριώδες φως

  Έτσι συμπεραίνουμε ότι, εκτός  από την ακτινοβολία της ορατής περιοχής του φάσματος, υπάρχει και ακτινοβολία αόρατη,η οποία βρίσκεται πέρα από την ιώδη περιοχή.Η ακτινοβολία αυτή λέγεται υπεριώδης ακτινοβολία.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

   Υπεριώδης ακτινοβολία ονομάζεται η ακτινοβολία που καλύπτει τα μήκη  κύματος από 3,8x10^-7 m έως 6x10^-8 m περίπου.

Υπεριώδης ακτινοβολία ονομάζεται η ακτινοβολία που καλύπτει τα μήκη  κύματος από 3,8 x 10^-7 m έως 6 x10^-8 m περίπου

  Η υπεριώδης ακτινοβολία δεν είναι ορατή με γυμνό μάτι.

ΕΙΔΗ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Υπάρχουν τρία είδη υπεριώδους ακτινοβολίας:

α) UV-A: 

  Αυτή η ακτινοβολία κυμαίνεται στο κενό μεταξύ 315 και 400 nm. Είναι το πιο ακίνδυνο είδος.

β) UV-B: 

  Αυτή η ακτινοβολία κυμαίνεται στο κενό μεταξύ 280 και 315 nm. Αυτή προκαλεί το μαύρισμα, αλλά μπορεί να γίνει επικίνδυνη.

γ) UV-Γ: 

  Αυτή η ακτινοβολία κυμαίνεται στο κενό μεταξύ 40 nm και 280 nm . Είναι το πιο επικίνδυνο είδος της υπεριώδους ακτινοβολίας, καθώς με αυτήν έχουν επιτευχθεί εργαστηριακά μεταλλάξεις.

ΠΗΓΕΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Ο Ήλιος είναι  η κύρια πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας.Φτάνει στη γη μέσω της επανεκπομπής της από τη στρατόσφαιρα.Οι υπεριώδεις ακτίνες είναι  υπεύθυνες για το "μαύρισμα" όταν κάνουμε ηλιοθεραπεία, το καλοκαίρι.

Ο Ήλιος είναι  η κύρια πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας

 Μεγάλες δόσεις υπεριώδους ακτινοβολίας βλάπτουν  τον ανθρώπινο οργανισμό.Το μεγαλύτερο μέρος της  υπεριώδους ακτινοβολίας, που φτάνει στη Γη από  τον Ήλιο απορροφάται από τα άτομα και τα μόρια της ανώτερης ατμόσφαιρας,δηλαδή την στρατόσφαιρα.

Το στρώμα του όζοντος της στρατόσφαιρας,απορροφά κατά κύριο  λόγο  την επικίνδυνη υπεριώδη ακτινοβολία

 Το στρώμα του όζοντος της στρατόσφαιρας,απορροφά κατά κύριο  λόγο  την επικίνδυνη υπεριώδη ακτινοβολία.Σήμερα ανησυχούμε για  την πιθανή καταστροφή αυτής της προστατευτικής ασπίδας ενάντια στις  υπεριώδεις ακτίνες του Ήλιου.

H υπεριώδης ακτινοβολία παράγεται από τις αποδιεγέρσεις ορισμένων ατόμων

 Το όζον της στρατόσφαιρας μειώνεται εξαιτίας εκτεταμένης χρήσης των χλωροφθορανθράκων,ενώσεων που χρησιμοποιούνται στα ψυγεία, τα κλιματιστικά τους ψεκαστήρες και αλλού. 

   Επίσης η υπεριώδης ακτινοβολία παράγεται από τις αποδιεγέρσεις ορισμένων ατόμων.

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

 Αν και η υπεριώδης ακτινοβολία δεν είναι ορατή με γυμνό μάτι, μερικές από τις ιδιότητες της μας πληροφορούν για την  ύπαρξή της: 
α) Προκαλεί αμαύρωση των φωτογραφικών πλακών. 
β) Προκαλεί το φθορισμό σε  διάφορα σώματα,όταν δηλαδή προσπίπτει σε ορισμένα σώματα, τότε αυτά εκπέμπουν χαρακτηριστικές ορατές ακτινοβολίες.
γ) Συμμετέχει στη μετατροπή του οξυγόνου της ατμόσφαιρας σε όζον. 
δ) Όταν απορροφάται από υλικά σώματα (όπως άλλωστε και οι ακτίνες οποιουδήποτε χρώματος),προκαλεί τη θέρμανση τους. 
ε) Υπεριώδης ακτινοβολία με πολύ μικρό μήκος κύματος προκαλεί βλάβες στα κύτταρα του δέρματος,οι οποίες μπορεί να είναι τέτοιες,ώστε να οδηγήσουν και στην εμφάνιση καρκίνου.Κατά τη διάρκεια της ηλιοθεραπείας το μαύρισμα του δέρματος οφείλεται στη μελανίνη που παράγει ο οργανισμός, για να προστατευθεί από την υπεριώδη ακτινοβολία. 
στ) Χρησιμοποιείται στην Ιατρική για πλήρη αποστείρωση διάφορων εργαλείων.

ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΤΗΣ ΥΠΕΡΙΩΔΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Το δέρμα και τα μάτια είναι τα όργανα που υφίσταται την μεγαλύτερη έκθεση στις υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου. Αν και τα μαλλιά και τα νύχια είναι περισσότερο εκτεθειμένα, είναι λιγότερο σημαντικά από ιατρικής άποψης. Η έκθεση στην ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία μπορεί να καταλήξει σε άμεσα και σε χρόνια προβλήματα υγείας του δέρματος, των ματιών και του ανοσοποιητικού συστήματος, καθώς και σε βλάβες στο DNA.

Δύο φωτογραφίες του ίδιου αγαλματιδίου τραβηγμένες η (α) στο ορατό φως και η (β) στο υπεριώδες

  Τα άμεσα αποτελέσματα της έκθεσης στην υπεριώδη ακτινοβολία είναι η πρόκληση εγκαύματος στο δέρμα και φωτοκερατίτιδας στο μάτι.Χρόνια αποτελέσματα είναι ο καρκίνος και η πρόωρη γήρανση του δέρματος, ενώ στα χρόνια αποτελέσματα του ματιού περιλαμβάνονται ο καταρράκτης, το πτερύγιο και η κερατοπάθεια.

Η ακτινοβολία UVC είναι η πλέον επικίνδυνη για τον άνθρωπο

 Ενώ η υπεριώδης ακτινοβολία Β (UV-B) προκαλεί έγκαυμα και διάφορες μορφές καρκίνου του δέρματος, η υπεριώδης ακτινοβολία Α (UV-A) επιδρά στον υποδόριο ιστό και μπορεί να αλλάξει η δομή του κολλαγόνου και των ινών ελαστίνης του δέρματος, επιταχύνοντας έτσι την γήρανση του.Οι αρνητικές συνέπειες των εγκαυμάτων είναι αθροιστικές.Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι το δέρμα έχει την ικανότητα να αφομοιώσει την υπεριώδη ακτινοβολία με την παραγωγή μελανίνης (μαύρισμα), η οποία προστατεύει από την έκθεση στην UV ακτινοβολία. Το ανθρώπινο μάτι όμως δεν έχει τέτοια ικανότητα.

H υπεριώδης ακτινοβολία Β (UV-B) προκαλεί έγκαυμα και διάφορες μορφές καρκίνου του δέρματος, η υπεριώδης ακτινοβολία Α (UV-A) επιδρά στον υποδόριο ιστό

  Όταν η υπεριώδης ακτινοβολία αλληλεπιδράσει με το DNA προκαλεί μια αναδιάταξή του όπου υπάρχουν δύο συνεχόμενες βάσεις θυμίνης δημιουργώντας τα διμερή θυμίνης. Tο σχήμα του DNA αλλάζει τοπικά στο σημείο όπου σχηματίζονται τα διμερή, με αποτέλεσμα οι πολυμεράσες τόσο του DNA όσο και του RNA να τα προσπερνούν, αλλάζοντας με αυτό το τρόπο το πλαίσιο ανάγνωσης, με αποτέλεσμα την εμφάνιση μεταλλάξεων. Οι οργανισμοί έχουν αναπτύξει αρκετούς διαφορετικούς μηχανισμούς για να επιδιορθώσουν τα διμερή θυμίνης,όπως το ένζυμο φωτοϋλάση που ενεργοποιείται με μπλε ακτινοβολία και διαχωρίζει τα διμερή.Άλλοι μηχανισμοί αποκόπτουν το σημείο που σχηματίστηκαν τα διμερή και η DNA πολυμεράση συμπληρώνει τις ελλιπείς βάσεις.
  Η ικανότητα του ανθρώπινου σώματος να προστατεύει και να αποκαθιστά τις βλάβες που προκαλούνται από την υπεριώδη ακτινοβολία,μειώνεται κατά τη διάρκεια της ζωής μας.
   Ορισμένα άτομα παρουσιάζουν αντιδράσεις φωτοευαισθησίας στην έκθεση σε ακτινοβολία UV (photosensitivity) λόγω γενετικών-μεταβολικών ιδιαιτεροτήτων ή χρήση φαρμάκων.Γενικά, όσο μικρότερο το μήκος κύματος, τόσο μεγαλύτεροι οι κίνδυνοι από την έκθεση σε ακτινοβολία UV.

ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

   Όταν αναλύουμε με το φασματοσκόπιο το λευκό φως,το συνεχές φάσμα που λαμβάνουμε τελειώνει στο ένα άκρο με ιώδες φως,ενώ στο άλλο με ερυθρό.Τοποθετούμε ένα ευαίσθητο θερμόμετρο πάνω στο πέτασμα και το μετακινούμε από το ιώδες προς το ερυθρό.Τότε παρατηρούμε τη θερμοκρασία του να αυξάνεται.Πιο πέρα από το ερυθρό η ένδειξη είναι ακόμη μεγαλύτερη.

Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

 Μετά την ερυθρή περιοχή του φάσματος υπάρχει αόρατη ακτινοβολία,που προκαλεί έντονη αύξηση της θερμοκρασίας των στερεών και υγρών σωμάτων.Η ακτινοβολία αυτή ονομάζεται υπέρυθρη ακτινοβολία.

Εικόνα από θερμική κάμερα που λειτουργεί με υπέρυθρη ακτινοβολία

 Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι αόρατη.Για να την την ανιχνεύσουμε χρησιμοποιούμε ειδικά όργανα,τους φωρατές υπερύθρου.Η αρχή λειτουργίας των φωρατών βασίζεται στην απορρόφηση ενέργειας των υπέρυθρων ακτινοβολιών και στη συνέχεια στη μετατροπή της σε άλλες μορφές.

ΟΡΙΣΜΟΣ ΥΠΕΡΥΘΡΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Υπέρυθρη ακτινοβολία είναι η ακτινοβολία που καλύπτει την περιοχή από 1mm  έως  7x10^-7 m περίπου.

Υπέρυθρη ακτινοβολία είναι η ακτινοβολία που καλύπτει την περιοχή από 1mm  έως  7x10^-7 m περίπου

  Η υπέρυθρη ακτινοβολία ή υπέρυθρες ακτίνες είναι τμήμα του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.Στο φάσμα τοποθετούνται ως μικρότερη συχνότητα στην προέκταση της κόκκινης ορατής ακτινοβολίας.Γι' αυτό και το όνομα «υπέρυθρες» (υπό του ερυθρού).

  Τα κύματα αυτά εκπέμπονται από τα θερμά σώματα και απορροφώνται εύκολα από τα περισσότερα  υλικά. Η  υπέρυθρη ακτινοβολία που απορροφάται από ένα σώμα αυξάνει το πλάτος της  ταλάντωσης των σωματιδίων από τα οποία αποτελείται,αυξάνοντας έτσι τη  θερμοκρασία του.

Η Υπέρυθρη Θέρµανση δεν διαφέρει σε τίποτε από την οικεία, ευεργετική θερµότητα που δεχόµαστε από τον ήλιο στην καθηµερινότητά µας και φυσικά, δεν είναι σε καµία περίπτωση επιβλαβής για τον άνθρωπο

  Συνήθως εκπέμπονται από όλα τα σώματα που έχουν κάποια θερμοκρασία.Τα σώματα με τη μεγαλύτερη θερμοκρασία εκπέμπουν περισσότερες υπέρυθρες και αντίστροφα τα σώματα που απορροφούν περισσότερες υπέρυθρες αυξάνεται η θερμοκρασία τους. 

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΥΠΕΡΥΘΡΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Μερικές από τις ιδιότητες των υπερύθρων είναι οι εξής: 

α) Απορροφώνται επιλεκτικά από διάφορα σώματα και προκαλούν αύξηση της θερμοκρασίας τους. 

β) Διέρχονται μέσα από την ομίχλη και τα σύννεφα (δεν απορροφώνται από αέρια). 

γ) Δεν έχουν χημική δράση και δεν προκαλούν φωσφορισμό.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΠΕΡΥΘΡΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ

  Η χρήση των υπερύθρων βασίζεται στην εκλεκτικότητά τους να απορροφώνται από την ύλη.Γι παράδειγμα στην Ιατρική,δέσμη υπέρυθρης ακτινοβολίας μεταδίδει θερμότητα σε ορισμένη περιοχή του σώματος.

Θεραπεία με χρήση υπέρυθρης ακτινοβολίας

  Επίσης με ειδικές φωτογραφικές μηχανές πετυχαίνεται φωτογράφιση ακόμη και όταν υπάρχει συννεφιά ή ομίχλη.

Θερμικές κάμερες

 Οι υπέρυθρες ακτίνες μπορούν να γίνουν αντιληπτές από ορισμένους οργανισμούς, όπως οι σκύλοι και τεχνητά με θερμικές κάμερες. Στην τελευταία συνήθως με μπλε και άσπρο συμβολίζεται θερμό σημείο, ενώ με πράσινο και κόκκινο ψυχρό σημείο. Αυτές οι κάμερες χρησιμοποιούνται και για τον εντοπισμό εμπύρετων ατόμων στα αεροδρόμια.

Στο υπέρυθρο φάσμα διακρίνονται τα άστρα που βρίσκονται πίσω από το Barnard 68 αλλά στο ορατό φάσμα παραμένουν αόρατα

 Το υπέρυθρο τμήμα του φάσματος έχει πολλά χρήσιμα οφέλη για τους αστρονόμους.Κρύα, σκοτεινά μοριακά νέφη αερίου και σκόνης στο Γαλαξία μας θα λάμπουν από τη θερμότητα καθώς αυτά ακτινοβολούνται από γειτονικά αστέρια.

Στο υπέρυθρο φάσμα διακρίνονται τα άστρα που βρίσκονται πίσω από το Barnard 68 αλλά στο ορατό φάσμα παραμένουν αόρατα

  Οι υπέρυθρες μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση νέων αστέρων προτού αρχίσουν να εκπέμπουν ορατό φως. Τα αστέρια εκπέμπουν ένα μικρότερο μέρος της ενέργειας τους στο υπέρυθρο φάσμα, και αν βρίσκονται κοντά σε δροσερά αντικείμενα, όπως πλανήτες, μπορούν να είναι πιο εύκολα ανιχνεύσιμα.

To Διαστημικό Παρατηρητήριο Υπερύθρου (ΙSΟ)  

  Το υπέρυθρο φως είναι επίσης χρήσιμο για την παρατήρηση των πυρήνων στους ενεργούς γαλαξίες που συχνά κρύβονται πίσω από αέρια και σκόνη.Οι μακρινοί γαλαξίες, με μεγάλη μετατόπιση προς το ερυθρό, έχουν το φάσμα τους μετατοπισμένο σημαντικά προς μεγαλύτερα μήκη κύματος, και έτσι είναι πιο εύκολα παρατηρήσιμοι στο υπέρυθρο.